4.6 光的偏振 激光导学案-2024-2025学年高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册

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名称 4.6 光的偏振 激光导学案-2024-2025学年高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册
格式 docx
文件大小 192.8KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2024-10-03 16:27:35

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文档简介

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α
D.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·效实中学期中] 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.②③
C.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·台州一中期中] 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1 AC [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3 B [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4 D [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5 C [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1 B [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.