5.3、5.4 光的偏振 激光与全息照相 课件(2)

课件44张PPT。第3节　光 的 偏 振　
第4节　激光与全息照相1.机械波分为横波和纵波，横波中质点的振动方向与波的传播
方向_____。
2.纵波中质点的振动方向与波的传播方向_______________。
3.声波是我们生活中最常见的机械波之一，声波属于_____(选
填“横波”或“纵波”)。
4.相干光源的条件是两光源必须具有相同的_____和_________。垂直在同一条直线上纵波频率振动方向一、光的偏振
1.偏振现象：
(1)光的_____和_____现象表明光具有波动性，光的_____现象
说明光是横波。
(2)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，在垂直于传播
方向的平面内，光波可沿任何方向振动，光振动在平面内的分
布是_________的，所以不显示偏振性，这样的光叫做自然光。干涉衍射偏振大致均匀(3)偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，其振动方向沿着
偏振片的_____方向，这样的光称为偏振光。
(4)偏振：横波只沿着某一个特定的方向振动的现象。
(5)起偏器和检偏器：
用于获得偏振光的偏振片叫_______，用于检查通过起偏器的
光是不是偏振光的偏振片叫_______。透光起偏器检偏器2.偏振现象在生产生活中的应用：
偏振现象的主要应用有_______、_________、_________等。
二、激光与全息照相
1.激光及其应用：
(1)激光是_____________产生的。
(2)激光的三大特点分别是：_________、_________、_______。偏振镜立体电影地震预报原子受激辐射单色性好方向性强亮度高2.全息照相：
(1)激光的应用：
激光诞生后的一个很重大的应用是_________，它是应用光的
_____来实现的。
(2)作为光源的激光被分为两部分：一部分通过凹透镜发散后
射到照相胶片上，另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另
一个凹透镜发散后射向被拍照的物体，该物体把光线反射到照
相胶片上并与第一束光发生_____，两束光干涉的结果就在照
相胶片上记录下被拍摄物体的_________信息，这就是全息照
相。全息照相干涉干涉三维图像【思考辨析】
1.判断正误：
(1)横波和纵波都能产生偏振现象。　(　　)
(2)自然光通过偏振片可以获得偏振光。　(　　)
(3)起偏器和检偏器都是偏振器。　(　　)
(4)激光由于方向性强，所以能发生干涉。　(　　)
(5)全息照相是在照相胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息。(　　)提示：(1)×。只有横波才能产生偏振现象。(2)√。自然光通过偏振片，偏振片只让某一方向振动的光通过，就形成了偏振光。(3)√。起偏器和检偏器都是偏振器，用于获得偏振光的叫起偏器，用于检验是不是偏振光的叫检偏器。(4)×。激光由于单色性好，所以才能发生干涉。(5)√。全息照相是利用光的干涉，在照相胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息。2.问题思考：
(1)为什么普通照相机镜头无法拍出水中的鱼，而用偏振镜头能使水中的鱼显现出来?
提示：水面上有大量的反射光，反射光是偏振光，这些反射光进入照相机会使水中的景物很难显现出来，拍摄时加偏振片能够消除或减弱偏振光，从而鱼能显现出来。
(2)如果一张全息照片的大部分被损坏或丢失，只留下一小部分，还能再现原物的全貌吗?
提示：全息照片的每一部分都记录了原物的全貌，所以只要留下一部分，就能再现原物的全貌。 一、偏振现象及其应用
1.偏振现象：对于横波通过狭缝的情况，只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时，横波才能无阻碍地通过狭缝，而当狭缝的方向与横波质点的振动方向垂直时，横波不能通过狭缝，说明偏振是横波特有的现象。 2.自然光与偏振光的区别：3.偏振片：由特殊材料制成的，只让某一方向振动的光通过，而不让其他振动方向的光通过的一种光学元件。偏振片上的“狭缝”若不借助特殊仪器，用肉眼无法观察到。起偏器和检偏器都是偏振器。把偏振光能完全通过的方向称为这个偏振器的偏振化方向。
4.自然界中的起偏器：江湖或海洋的水面、皮革、鱼鳞、毛皮等。5.偏振光的应用：
(1)立体电影。
(2)摄影时利用偏振片消除反光。
(3)利用偏振现象检查应力的分布。
(4)汽车挡风玻璃上安装偏振片可减弱对面车灯射来的光。
(5)液晶显示也是利用了偏振现象。【学而后思】
(1)为什么只有横波才有偏振现象?
提示：横波的振动方向垂直于波的传播方向，只有横波才有沿着某一特定方向振动的现象，只有横波才有偏振现象，纵波不存在偏振现象。
(2)在自然界中存在偏振光吗?
提示：在自然界中存在偏振光，自然界中各种介质表面的反射光都是偏振光。 【典例1】如图所示，a是一偏振片，a的透振方向为竖直方向。下列四种入射光束哪几种照射a时能在a的另一侧观察到透射光(　　)
A.太阳光
B.沿竖直方向振动的光
C.沿水平方向振动的光
D.沿与竖直方向成45°的光 【解题探究】(1)太阳光通过偏振片后形成什么光?
提示：太阳光通过偏振片后，只让某一方向振动的光通过，不让其他方向振动的光通过，形成偏振光。
(2)偏振光如何才能通过偏振片?
提示：当偏振光与偏振片的偏振化方向平行时，偏振光完全通过偏振片；当偏振光与偏振片的偏振化方向垂直时，偏振光完全不能通过偏振片；当偏振光与偏振片的偏振化方向成某一角度时，偏振光部分通过偏振片。 【标准解答】选A、B、D。根据光的偏振知识，只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片。当光的振动方向与偏振片的透振方向相同时，透射光最强，当二者垂直时，光完全不能透过。当二者间的夹角在0～90°逐渐增加时，透射光逐渐减弱。太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片。【总结提升】获取偏振光的方法
(1)让自然光通过一块偏振片。
(2)让自然光射到两种介质的交界面上，使反射光与折射光垂直时，反射光就是偏振光。
(3)让自然光射到两种介质的交界面上，当反射光与折射光垂直时，折射光经过多次折射以后就是偏振光。【变式训练】如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则　(　　)
A.图中a光为偏振光
B.图中b光为偏振光
C.以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮
D.以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮【解析】选B、D。自然光沿各个方向是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是沿着某一特定方向振动的光。从电灯发出的光是自然光，则选项A错误；它通过A后，变成偏振光，则选项B正确；在P处看不到光亮，则A、B的透射方向垂直，若将B转过180°后，两偏振片透射方向仍垂直，仍看不到光亮。若将B转过90°后，两偏振片透射方向一致，能看到光亮，故选项C错误、选项D正确。【变式备选】通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛、月亮、反光的黑板，当以入射光线为轴转动偏振片时，看到的现象有何不同?
【解析】通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化。因为灯光、烛光都是自然光，沿各个方向振动的光的强度相同，因此当偏振片旋转时，透射出来的光波的振动方向虽然改变了，但光的强弱没有改变。
月亮和黑板反射的光是偏振光，它们通过偏振片透射出来的光线的强弱会随偏振片的旋转发生周期性的变化。
答案：见解析 二、激光与全息照相
1.激光及其产生：
激光是原子受激辐射产生的光。发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同的激光相遇可以发生干涉，激光是相干光。在现代科学技术中用多次反射和折射在激光器内产生振荡而发出激光。激光是人工产生的光，自然界中的发光体不能发出激光。 2.激光是相干光，普通灯泡发出的光不是相干光：
激光是从物质的原子中发出的，原子获得能量后，处于不稳定状态，它会以光子的形式把能量辐射出去。普通光源——灯泡，灯丝中的每个原子在什么时刻发光，朝哪个方向发光，都是不确定的，发光的频率也不一样。这样光在叠加时，一会在空间的某点加强，一会又在这点消弱，不能形成稳定的亮区和暗区，所以不能发生干涉，因而是非相干光。
激光的光源原子发生受激辐射跃迁时，发出的光子的频率、方向都跟入射光子完全一样，能产生稳定的干涉图样，是相干光。3.激光的特点及其应用：4.全息照相：
(1)“全息”是指物体发出的光波的全部信息，既包括振幅和强度，也包括相位。
(2)所谓全息照相就是一种记录被摄物体反射(或透射)光波中全部信息的先进照相技术。全息照相不用一般的照相机，而要用一台激光器。激光束用分光镜一分为二，其中一束照到被拍摄的景物上，另一束直接照到感光胶片即全息干板上。当光束被物体反射后，其反射光束也照射在胶片上，就完成了全息照相的摄制过程。(3)全息照相的优点：
①它再现出来的像是跟原来物体一模一样的逼真的立体像，跟观察实物完全一样。
②把全息底片分成若干小块，每一小块都可以完整地现出原来物体的像，即使全息底片有缺损，也不会使像失真。
③在同一张感光片上可以重叠记录许多像，这些像能够互不干扰地单独显示出来。 【学而后思】
(1)为什么激光具有单色性好、方向性强、亮度高的特点?
提示：激光是由原子受激辐射产生的光，激光束中所有的光子都是相互关联的，它们的频率一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致，所以激光具有单色性好、方向性强、亮度高的特点。(2)全息照相为什么能记录下被拍摄物体的三维图像信息?
提示：全息照相是利用光的干涉实现的，作为光源的激光分成两部分：一部分经凹透镜发散后射到照相底片上，另一部分经另一个凹透镜发散后射到被拍照的物体上，该物体把光线反射到照相底片上并与第一束光发生干涉，两束光发生干涉的结果就在照相底片上记录下被拍摄物体的三维图像信息。 【典例2】下列说法中正确的是　(　　)
A.激光是自然界中早已存在的光，不是人造出来的
B.因为激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象
C.激光可以像刀子一样切除肿瘤
D.以上说法都不对【解题探究】(1)激光是怎样产生的?
提示：激光是在外来光子的作用下，原子受激辐射产生的光，是一种完全新型的光，在自然界中并不存在。
(2)激光有什么应用特点?
提示：激光主要根据其特点进行应用，单色性好可以应用于干涉方面，方向性好可以应用于制导、测距等方面，亮度高可以应用于激光刀等方面。 【标准解答】选C。激光是一种完全新型的光，在自然界中并不存在，A项错；激光也是光，因此具有光波的特性，能够发生衍射现象，B项错；激光有很多用途，可用来做手术，切除肿瘤，C项正确，D项错。【总结提升】激光的特点
(1)激光首先是光，激光遵循光的一切规律，例如折射、反射、衍射、干涉等。
(2)激光是一种新型光源，还具有一般光源所不具备的特点，例如单色性好、方向性强、亮度高等。
(3)针对激光的每一个特点，都有很多方面的应用。【变式训练】准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光刀，可用于进行近视眼的治疗。用这样的激光刀对近视眼进行手术，手术时间短、效果好、无痛苦。关于这个治疗，以下说法中正确的是　(　　)
A.近视眼是物体成像在眼球中的视网膜的前面，使人不能看清物体
B.激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术
C.激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复
D.激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削【解析】选A、B、D。激光手术是物理技术用于临床医学的最新成果。人的眼睛是一个光学成像系统，角膜和晶状体相当于一个凸透镜，物体通过凸透镜成像在视网膜上，人就能看清楚物体。当角膜和晶状体组成的这个凸透镜的焦距比较小，物体成像在视网膜的前面时，人就不能看清物体，这就是近视眼，A对；激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术，B对；激光手术不是修复视网膜，而是对角膜进行切削，改变角膜的形状，使眼球中的凸透镜的焦距适当变大，物体经过角膜和晶状体后成像在视网膜上，C错，D对。【变式备选】将激光束的宽度聚集到纳米级(10-9m)范围内，可以修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病等彻底根除，这是应用了激光的　(　　)
A.方向性强的特性
B.单色性好的特性
C.亮度高的特性
D.粒子性好的特性
【解析】选C。应用激光修复人体损坏的器官主要是利用了激光的亮度高的特性，它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。故C对。 【典例】由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体。要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一端射出，而不会从侧壁“泄露”出来，光导纤维所用材料的折射率至少为多大? 【标准解答】设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为r，折射光线射向侧面时的入射角为β，如图所示。
由折射定律有：
由几何关系有：
r+β=90°，
sinr=cosβ由全反射临界角的公式有：
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有i=90°，
sini=1，故
解得
答案：关于激光认识的五个误区
误区1：误认为大自然中存在激光
产生误区的原因是没有理解激光的产生机理，激光是在人工干预下，原子受激辐射产生的光，如果没有人工干预，原子就不会受激辐射，也就不会产生激光，所以激光是一种完全新型的人造光，大自然中是不存在的。误区2：误认为激光没有衍射现象
其原因是混淆了激光方向性好与衍射的关系，激光在没有遇到障碍物时传播方向一致，表现出很好的方向性，但衍射是激光在波动方面的表现，激光本质上还是光，当遇到障碍物或小孔时，如果满足了产生明显衍射的条件，激光照样能产生明显的衍射现象。
误区3：误认为激光没有偏振现象
这是没有理解好激光的本质，激光本质上还是光，遵循光的一切规律，包括光的反射、折射、干涉、衍射和偏振等。误区4：误认为激光不能用来携带信息
其原因是没有理解好激光的单色性好的特点，正是因为激光的单色性好所以才容易进行调制，现在的光纤通信就是利用激光携带信息进行传播的。
误区5：误认为全息照相可以用一般光作为光源
产生误区的原因是没有理解好全息照相的原理，全息照相是利用光的干涉实现的，激光束中所有的光子都是相互关联的，它们的频率一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致，所以激光具有高度相干的特点，以及亮度高的特点，最适合作为全息照相的光源，其他光的相干性和亮度都不能达到全息照相的要求，不能用来作为全息照相的光源。【典例】关于激光的应用问题，下列说法中正确的是(　　)
A.光纤通信是利用激光的平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递
B.用激光作为光源做双缝干涉，干涉图样更明显
C.医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是利用了激光的亮度高的特点
D.“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是利用了激光亮度高的特点【解析】可以通过以下表格进行逐项分析