2023-2024（上） 全品学练考 高中物理 选择性必修第一册第4章 光光的偏振　激光导学案含答案

2023-2024（上）全品学练考高中物理选择性必修第一册第4章光6光的偏振激光学习任务一光的偏振[教材链接]阅读教材,填写偏振的相关知识.(1)偏振现象①自然光:包含着在垂直于传播方向上沿方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都,这种光称为自然光.

②偏振光:在垂直于传播方向的平面上,沿着某个的方向振动的光称为偏振光.

③偏振片:由特殊材料制成,每个偏振片都有一个的方向,只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片,这个方向称为透振方向.

(2)偏振光的产生方式①自然光通过后形成偏振光.

②自然光射到两种介质的分界面上,入射角合适时,使得反射光与折射光,则反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向互相.

例1(多选)在垂直于太阳光的传播方向前、后放置两个偏振片P和Q,在Q的后边放上光屏,如图所示,则下列说法不正确的是 ()A.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度不变B.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度时强时弱C.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度不变D.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度时强时弱例2奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标,可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度,从而鉴定含糖量.偏振光通过糖的水溶液后,偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α,这一角度α称为“旋光度”,α的值只与糖溶液的浓度有关,将α的测量值与标准值相比较,就能确定被测样品的含糖量了.如图所示,S是自然光源,A、B是偏振片,转动B,使到达O处的光最强,然后将被测样品P置于A、B之间.(1)偏振片A的作用是.

(2)偏振现象证明了光是一种.

(3)以下说法中正确的是.

A.到达O处光的强度会明显减弱B.到达O处光的强度不会明显减弱C.将偏振片B转动一个角度,使得O处光强度最强,偏振片B转过的角度等于αD.将偏振片A转动一个角度,使得O处光强度最强,偏振片A转过的角度等于α【要点总结】自然光和偏振光的比较自然光偏振光成因从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光自然光通过偏振片后就变成了偏振光,反射光、折射光均为偏振光振动方向在垂直于传播方向的平面内,沿着各个方向振动在垂直于传播方向的平面内,并且只有一个振动方向经偏振片后现象比较通过偏振片后,自然光就变成了偏振光,转动偏振片,偏振光的亮度不变,但偏振方向随之变化偏振光经偏振片后,若偏振方向与透振方向平行,则屏亮;若垂直,则屏暗;若介于两者之间,则屏上亮度介于两者之间并随偏振方向与透振方向夹角的增大而变暗学习任务二偏振的应用[物理观念](1)摄影技术中的应用:由于水或玻璃表面的反射光的干扰,常使景像不清楚,如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,就可以减弱反射光而使景像清晰.(2)偏振片在汽车挡风玻璃上的应用:在夜间行车时,迎面开来的车灯眩光常常使司机看不清路面,容易发生事故.如果在每辆车灯玻璃上和司机坐席前面的挡风玻璃上安装一块偏振片,并使它们的透振方向跟水平方向成45°角,就可以解决这一问题.(3)立体电影:立体电影也是利用了光的偏振原理.(4)电子表的液晶显示屏:在两块透振方向互相垂直的偏振片当中插进一个液晶盒,液晶具有各向异性的属性,特别是偏振光经过液晶时,其振动方向会旋转90°,利用这种特性控制光通过或不通过,从而显示数字的形状.例3如图所示是观看立体电影时放映机镜头上的偏振片和观看者所戴的偏光眼镜的配置情况,其中正确的是 ()例4[2022·福建福州一中期中]夜晚,汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼,严重影响行车安全(如图所示).若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃,使射出的灯光变为偏振光;同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃,其透振方向正好与灯光的振动方向垂直,但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体.假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置,则以下措施中可行的是 ()A.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是水平的B.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是竖直的C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°,车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°D.前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°[反思感悟]

学习任务三激光的特点及其应用[教材链接]阅读教材,填写激光的相关知识.特点应用相干性强:激光具有频率、相位差、偏振方向的特点,是人工产生的相干光,具有高度的相干性

光纤通信平行度好:激光的非常好,传播很远的距离后仍能保持一定的强度

激光会聚于一点,读取光盘上记录的信息,激光测距等亮度高:它可以在很小的和很短的内集中很大的

用激光束切割、焊接,医学上可以用激光做“光刀”,激发核聚变等例5关于激光的应用问题,下列说法中正确的是()A.光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制,使其在光导纤维中传递信息的B.计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点C.医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点D.“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点[反思感悟]

变式1激光火箭的体积小,却可以装载更大、更重的卫星或飞船,激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供,通过一套装置,像手电筒一样,让激光束射入火箭发动机的燃烧室,使推进剂受热而急剧膨胀,于是形成一股高温高压的燃气流,以极高的速度喷出,产生巨大的推力,把卫星或飞船送入太空.激光火箭利用了激光的 ()①单色性好②平行度好③高能量④相干性好A.①② B.②③C.①③ D.②④[反思感悟]

【要点总结】激光与自然光的区别自然光激光原子发光的方向时刻不确定原子发光的方向时刻相同频率不一样频率单一不能发生干涉能发生干涉(双缝干涉实验)非相干光人工产生的相干光传播中扩束严重平行度好,传播中几乎不扩束亮度远远小于激光亮度高1.(对光的偏振的理解)[2022·长沙一中期中]如图所示,让太阳光通过M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上,P的右侧再放一光屏Q.现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周,则关于光屏Q上的亮度变化情况,下列说法中正确的是 ()A.只有当偏振片转到某一适当位置时光屏才被照亮,在其他位置时光屏上无亮光B.光屏上亮、暗交替变化C.光屏上亮度不变D.光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动2.(光的偏振现象的应用)(多选)如图所示,下列说法正确的有 ()A.如图甲,自然光由空气射向水面,反射光是偏振光B.如图乙,立体电影原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理相同C.拍摄图丙中玻璃橱窗中的物体,通常要在照相机镜头前加一个滤光片来消除反光D.如图丁所示的衍射图样是由光照射一个不透光的圆盘得到的3.(激光的应用)关于激光的应用问题,下列说法中正确的是 ()A.全息照相是利用激光平行度非常好的特点B.利用强激光产生的高压使得可控核聚变成为可能C.用激光束来切割或焊接较硬的材料是利用激光平行度好的特点D.“激光测距雷达”和用激光读取DVD光盘上的信息是利用激光有相干性的特点6光的偏振激光[教材链接](1)①一切相同②特定③特定(2)①偏振片②垂直垂直例1AC[解析]P是起偏器,它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光,该偏振光的振动方向与P的透振方向一致,所以当Q与P的透振方向平行时,通过Q的光强最大;当Q与P的透振方向垂直时,通过Q的光强最小,即无论旋转P或Q,屏上光的亮度都是时强时弱,故A、C错误,B、D正确.例2(1)把自然光变成偏振光(2)横波(3)ACD[解析](1)自然光源发出的光不是偏振光,但当自然光经过偏振片后就变成了偏振光,因此偏振片A的作用是把自然光变成偏振光.(2)偏振现象证明了光是一种横波.(3)因为A、B的透振方向一致,故A、B间不放糖溶液时,自然光通过偏振片A后变成偏振光,通过B后到O.当在A、B间加上糖溶液时,由于糖溶液的旋光作用,使通过A的偏振光的振动方向转动了一定角度,使通过B到达O的光的强度不是最大,但当B转过一个角度,恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光的振动方向一致时,O处光强又为最强,故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度.若偏振片B不动而将A旋转一个角度,再经糖溶液旋光后光的振动方向恰与B的透振方向一致,则A转过的角度也为α,故选项A、C、D正确.例3B[解析]立体电影是利用光的偏振现象来实现的.两台放映机同时放映着从不同角度同时拍摄的场景,并且放映机采用正好垂直的偏振光进行放映,观众所戴的眼镜左、右镜片的透振方向正好也相互垂直.只有透振方向与某束偏振光的偏振方向平行的镜片才能透过该束偏振光,这样,两只镜片分别只能透过来自两台放映机中某一台的偏振光,则观众同时能获得两束带有不同信息的光线,在脑海中便能复合成立体感很强的场景,所以B图所示情况正确.例4D[解析]此题要求自己车灯发出的光经对面车窗反射后仍能进入自己眼中,而对面车灯发出的光不能进入自己的眼中.若前窗的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平,则从车灯发出的光照射到物体上反射回的光线将不能透过前窗玻璃,司机面前将是一片漆黑,A错误;若前窗玻璃与车灯玻璃透振方向均竖直,则对面车灯的光仍能照射得司机睁不开眼,B错误;若前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°,车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°,则车灯发出的光经物体反射后无法透射进本车内,却可以透射进对面车内,C错误,D正确.[教材链接]相同恒定相同平行度空间时间能量例5C[解析]由激光的特点可知,光纤通信主要利用了激光的相干性,A错误;计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好,B错误;医疗中用激光做“光刀”来切除肿瘤利用了激光亮度高的特点,C正确;“激光测距雷达”利用的是激光的平行度好的特点,D错误.变式1B[解析]由于激光站与火箭相距较远,必须要求激光具有很好的平行度,同时利用激光的高能量特点,故选B.随堂巩固1.C[解析]因为太阳光为自然光,自然光沿各个方向振动的光的强度都相同,故光屏Q上的亮度不变,C正确.2.AD[解析]如图甲,自然光由空气射向水面,反射光是偏振光,故A正确;如图乙,立体电影的原理是光的偏振,照相机镜头表面涂上增透膜的原理是光的干涉,故B错误;拍摄图丙中玻璃橱窗中的物体,通常要在照相机镜头前加一个偏振片来消除反光,故C错误;如图丁所示,在圆形阴影中心有亮斑,即泊松亮斑,是由光照射一个不透光的圆盘得到的衍射图样,故D正确.3.B[解析]全息照相利用了激光相干性好的特点,故A错误;由于激光的频率较高,能量较高,所以人工控制核聚变的一个可能实现途径是利用强激光产生的高温高压引起核聚变,故B正确;用激光束来切割或焊接较硬的材料是利用激光能量高的特点,故C错误;“激光测距雷达”和用激光读取DVD光盘上的信息是利用激光平行度好的特点,故D错误.6光的偏振激光建议用时:40分钟◆知识点一光的偏振1.[2022·浙江绍兴一中月考]关于自然光和偏振光,下列观点正确的是 ()A.自然光能产生干涉和衍射现象,而偏振光却不能B.只有自然光透过偏振片才能获得偏振光C.自然光只能是白色光,而偏振光不能是白色光D.自然光和偏振光都能使感光底片感光2.[2022·复旦附中月考]在拍摄水面下的景物时,应在照相机镜头前装一个偏振滤光片,其目的是 ()A.减弱反射光,从而使景物的像清晰B.增强反射光,从而使景物的像清晰C.增强透射光,从而使景物的像清晰D.减弱透射光,从而使景物的像清晰3.用题图所示装置研究偏振现象,P1、P2是两块完全相同的圆形偏振片,A、B为观测点,A、B和两块偏振片的中心共线,且偏振片与A、B连线垂直,两偏振片可绕A、B连线转动,下列说法正确的是 ()A.固定P1,转动P2,则A、B处光强均发生变化B.固定P2,转动P1,则A、B处光强均不发生变化C.同时转动P1和P2,A处光强不变,B处光强可能变化D.同时转动P1和P2,A、B处光强均发生变化4.用图示实验装置演示光的偏振现象,白炽灯O发出的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上,通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示,下列说法正确的是 ()A.白炽灯发出的光是纵波B.偏振片Q起到检偏的作用C.光束Ⅱ中光振动方向与透振方向垂直D.将偏振片P以光传播方向为轴转过45°,光束Ⅲ将消失◆知识点二激光的特点及其应用5.让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上,就可以读出光盘上记录的信息,经过处理后还原成声音和图像,这是利用激光的 ()A.平行度好,可以会聚到很小的一点上B.相干性好,可以很容易形成干涉图样C.亮度高,可以在很短时间内集中很大的能量D.波长短,很容易发生明显的衍射现象6.医学上利用激光来焊接剥落的视网膜的飞秒激光手术台,它主要是利用了激光的 ()A.单色性好B.方向性好C.亮度高 D.相干性好7.激光被誉为“神奇的光”,关于激光的应用,下列说法中不正确的是 ()A.激光用来控制核聚变,是因为它的方向性好,光源的能量能集中在很小一点上,可以在空间某个小区域内产生极高的温度B.由于激光是相干光,所以它能像无线电波那样被调制,用来传递信息C.用激光拦截导弹,摧毁卫星,是因为激光在大气中传播不受大气的影响D.能利用激光测量地面到月球表面的距离,是因为激光平行度好、方向性好8.(多选)关于激光,下列说法正确的是 ()A.激光是用人工方法激发出的一种特殊的光B.自然界中某些天然物体也可以发出激光C.激光可以像刀子一样切除肿瘤D.由于激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象9.(多选)[2022·合肥八中月考]关于自然光和偏振光,以下说法正确的是 ()A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同B.偏振光是垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光C.自然光透过一个偏振片后就成为偏振光,偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光10.如图所示,一束自然光通过偏振片照射到光屏上,则图中光屏上不发亮的有(偏振片上用箭头表示其透射方向) ()ABCD11.(多选)[2022·厦门双十中学月考]当以入射光线为轴转动偏振片时,通过偏振片观察电灯、烛焰、月球、反光的黑板,看到现象有何不同 ()A.观察电灯和烛焰时,透射光的强弱随偏振片的旋转而变化B.观察电灯和烛焰时,透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化C.观察月球和反光的黑板时,透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化D.观察月球和反光的黑板时,透射光的强弱随偏振片的旋转而变化12.[2022·烟台二中月考]如图甲是用光传感器研究激光通过单缝或双缝后光强分布的装置图,铁架台上从上到下依次为激光光源、偏振片、缝、光传感器.实验中所用的单缝缝距为0.08mm,双缝间距为0.25mm.光源到缝的距离为17cm,缝到传感器的距离为40cm,实验得到的图像如图乙、图丙所示,则 ()A.图乙所用的缝为双缝,图丙所用的缝为单缝B.旋转偏振片,乙、丙两幅图像不会发生明显变化C.仅减小缝到传感器的距离,乙、丙两幅图像不会发生明显变化D.实验中所用的激光波长约为620nm13.(多选)如图所示,一玻璃柱体的横截面为半圆形,让太阳光或白炽灯光通过狭缝S形成细光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心),产生反射光束1和透射光束2.现保持入射光不变,将半圆柱绕通过O点垂直于纸面的轴线转动,使反射光束1和透射光束2恰好垂直.在入射光线的方向上加偏振片P,偏振片与入射光线垂直,其透振方向在纸面内,这时看到的现象是 ()A.反射光束1消失B.透射光束2消失C.反射光束1和透射光束2都消失D.偏振片P以入射光线为轴旋转90°角,透射光束2消失14.通过“啁啾激光脉冲放大技术(CPA)”可以获得超强超短激光,为开展极端物理条件下物质结构、运动和相互作用等研究提供了科学基础.超强超短激光经聚焦后最高光强可以达到1022W/cm2~1023W/cm2,是已知的最亮光源.已知太阳辐射的总功率约为4×1026W.如图所示,啁啾激光脉冲放大技术原理可以简化为:利用色散将脉冲时长为飞秒(10-15s)级激光脉冲通过展宽器在时间上进行展宽;展宽后的脉冲经过激光增益介质放大,充分提取激光介质的储能;最后使用压缩器将脉冲宽度压缩至接近最初的脉宽值.根据以上信息,下列说法错误的是 ()A.激光脉冲通过展宽器在时间上进行展宽,其频率不变B.利用CPA技术获得的超短超强激光脉冲可用于眼部手术,用激光做“光刀”是利用激光平行度好的特点.C.超强超短激光经聚焦后最高光强相当于将单位时间内太阳辐射总能量聚焦到一张书桌上D.通过“啁啾激光脉冲放大技术”获得的激光与输入激光能量几乎相同6光的偏振激光1.D[解析]振动沿各个方向均匀分布的光是自然光,而振动沿着特定方向的光是偏振光,但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射,所以A错.光的偏振现象并不罕见,除了从光源直接发出的光以外,我们通常看到的绝大部分光,都是偏振光,所以B错.光的颜色由光的频率决定,与光的振动方向无关,所以C错.自然光和偏振光都具有能量,都能使感光底片感光,D对.2.A[解析]当偏振片的方向与偏振光的方向平行时,允许偏振光通过,当它们相互垂直时,偏振光不能通过.拍摄日落时水下景物为了使照片清楚,则要过滤掉水面的反射光,所以让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,从而减弱反射光,使景物的像清晰.故选A.3.C[解析]自然光沿着各个方向振动的光波强度均相同,故无论是否转动P1,A处光强不变,故A、D错误;若转动P1,固定P2,当两偏振片的狭缝平行时,B处光强最大,当狭缝垂直时,B处光强最小,故B处光强可能变化,故B错误;同时转动P1和P2,同理当两偏振片的狭缝平行时,B处光强最大,当狭缝垂直时,B处光强最小,故B处光强可能变化,故C正确.4.B[解析]白炽灯的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上,不能说明白炽灯的光是纵波,A错误;当白炽灯光经偏振片P后就成为偏振光,又经与P平行的偏振片Q照到光屏上,所以偏振片Q起到检偏的作用,B正确;光束Ⅱ中的光是经偏振片P透射来的,所以光束Ⅱ中光振动方向与透振方向平行,C错误;将偏振片P以光传播方向为轴转过45°,光束Ⅲ将会减弱,D错误.5.A[解析]激光的平行度好,会聚点很小,光盘记录信息的密度很高,故A正确.6.C[解析]在医学上利用激光来焊接剥落的视网膜,是利用了激光的亮度高、能量强的特点,故C正确.7.C[解析]激光的方向性好,光源的能量能集中在很小一点上,可以在空间某个小区域内产生极高的温度,所以可以用来控制核聚变,故A正确,不符合题意;激光是一种人工产生的相干光,具有高度的相干性,所以它能像无线电波那样被调制,用来传递信息,故B正确,不符合题意;用激光拦截导弹,摧毁卫星,是因为激光方向性好、能量高,故C错误,符合题意;能利用激光测量地面到月球表面的距离,是因为激光平行度好、方向性好,在传播很远距离后还可以保持一定的强度,故D正确,不符合题意.8.AC[解析]激光是用人工方法激发出的一种特殊的光,A项正确,B项