沪教版高中物理选修2-3 2.1光的偏振与立体电影_学案

立体电影与光的偏振
【学习目标】
1．知识与技能：理解横波和纵波的振动方向与传播方向的关系，了解振动中的偏振现象，理解偏振是横波的特点，知道偏振光在实际生活中的应用。
2．过程与方法：通过光的偏振和机械波的偏振实验对比，理解光的偏振现象，从理性上认识到光波是横波。培养良好的物理实验习惯，学会用理论指导实践，用实验来验证理论。
3．情感态度与价值观：通过对偏振技术在生活中广泛应用的学习，激发学生的科学观。
【学习重难点】
理解横波和纵波的振动方向与传播方向的关系，了解振动中的偏振现象，理解偏振是横波的特点，知道偏振光在实际生活中的应用。
【学习过程】
【要点导学】
1．绳波的偏振现象
（1）绳波是横波，如果在它的传播方向上放上带有狭缝的木板，只要狭缝的方向跟绳的振动方向相同，绳上的横波就可以毫无阻碍地传过去；如果把狭缝的方向旋转90°，绳上的横波就不能通过了。
（2）纵波能发生偏振和横波不能发生偏振，能否发生偏振，是纵波和横波的区别，利用偏振可以判定一种波是横波还是纵波。
2．自然光与偏振光
（1）自然光：太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光。
偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。
（2）自然光是从普通光源直接发生的天然光，是无数偏振光的无规则集合。
（3）自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直，如图我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。
3．光的偏振现象
（1）光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。
（2）自然光通过起偏器后成为偏振光，当检偏器的透振方向跟起偏器的透振方向相同时，通过检偏器的光强度最大；当检偏器的透振方向跟起偏器的透振方向垂直时，通过检偏器的光强度最弱。
4．光的偏振的应用
光的偏振可用于拍摄、观看立体电影、偏振眼镜、消除车灯眩光、液晶显示等等。
【方法举例】
1．从发光原理，理解自然光和偏振光
同一时刻大量发光源或分子发出大量偏振波列，由于原子或分子发光的独立性，各波列的偏振方向及位相分布都是无规则的，因此在同一时刻观测大量发光原子或分子的大量波列，不仅相互间无位相关联，而且电矢量可以分布在轴对称的一切可能的方位上，即电矢量对光的传播方向是轴对称分布的，另一方面，每个发光原子发光的持续时间约为，而一般观测时间总是比微观发光持续时间长得多，因此在观测时间内，实际接收到的仍是大量的偏振波列，波列与波列之间位相彼此无关联，电矢量也是轴对称分布的，这种由普通光源所发射的光波，在光的传播方向上，任意一个场点，电矢量既有空间分布的均匀性，又有时间分布的均匀性，也就是在轴对称的各个方向上电矢量的时间平均值是相等的，具有这种物点的光叫做自然光，反过来说，自然光是由轴对称分布、无固定位相关系的大量平面偏振光集合而成的。
2．偏振技术的应用
偏振技术在拍摄中的应用：在光的偏振现象在技术中有很多应用。例如拍摄水下的景物或展览橱窗中的陈列品的照片时，由于水面或玻璃会反射出很强的反射光，使得水面下的景物和橱窗中的陈列品看不清楚，摄出的照片也不清楚。如果在照相机镜头上加一个偏振片，使偏振片的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以把这些反射光滤掉，而摄得清晰的照片。
消除车灯眩光：夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照射得睁不开眼，严重影响行车安全。若考虑假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，将汽车前灯玻璃改用偏振方向为斜向上45o的偏振玻璃，使射出的灯光变为斜向上45o的偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振方向为斜向上45o的偏振玻璃，其透偏方向正好与灯光的振动方向垂直，这样既能看清自己车灯发出的光所照亮的物体，也不会由于对方的灯光而睁不开眼。
例1 两个偏振片紧靠在一起将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过。如果将其中的一片旋转180o，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象（ ）
（A）透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零
（B）透过偏振片的光强光增强，然后减少到非零的最小值
（C）透过偏振片的光强在整个过程中都增强
（D）透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强
[解析]起初没有光通过没有光通过，说明两个偏振片互相垂直，在旋转过程中，当将其中的一片旋转90o 时，两个偏振片互相平行，光强度达到最大；当将其中的一片旋转180o 时，两个偏振片再次互相垂直，光强度达为零，因此在旋转180o过程中，透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零，A选项正确。故正确答案为（A）。
[说明]起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过；偏振方向平行时，光强度达到最大。
例2 有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 （ ）
（A）只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振
（B）只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振
（C）自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光
（D）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
[解析]能发生偏振现象能说明该波是横波，但不能说明是电磁波还是机械波，A选项不正确，B选项正确；自然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光，C选项不正确；光源直接发出的光是自然光，自然界中除了从光源直接发出的光以外通常看到的绝大部分光都是偏振光，D选项正确。故正确答案为（BD）。
[说明] 自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。光的偏振现象并不是罕见的。我们通常看到的绝大部分光，除了从光源直接射过来的，基本上都不是自然光，只是我们的眼睛不能鉴别罢了。
【达标检测】
一、选择题
1．关于纵波和横波，下列说法正确的是 ( )
（A）都可以产生偏振现象
（B）只有横波可以产生偏振现象
（C）只有纵波可以产生偏振现象
（D）光的偏振现象说明光是横波
2．关于自然光和偏振光，下列说法正确的是( )
（A）自然光就是白光
（B）偏振光就是单色光
（C）自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光不能
（D）自然光和偏振光都能产生干涉和衍射现象
3．关于自然光和偏振光，下列说法正确的是 ( )
（A）自然光包含着在垂直于传播方向上沿各个方向振动的光，但沿各个方向振动的光的强度可以不同
（B）偏振光是垂直于传播方向上，只沿某一方向振动的光
（C）自然光经过一偏振片后成为偏振光，偏振光再经过一偏振片后又成为自然光
（D）太阳、白炽灯等普通光源发出的光都是自然光
4．下列关于偏振光的说法中正确的是 ( )
（A）自然光就是偏振光
（B）沿着一个特定方向传播的光叫偏振光
（C）沿着一个特定方向振动的光叫偏振光
（D）单色光就是偏振光
5．如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。这个实验表明 （ ）
（A）光是电磁波
（B）光是一种横波
（C）光是一种纵波
（D）光是概率波
6．有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 （ ）
（A）只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振
（B）只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振
（C）自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光
（D）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
7．如图所示，P是一偏振片，P的透振方向竖直，如图中箭头所示，下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光的是 ( )
（A）太阳光
（B）沿竖直方向振动的偏振光
（C）沿水平方向振动的偏振光
（D）沿与竖直方向成45o角的偏振光
8．在垂直于太阳光的传播上前后各放置两个偏振片P和Q，在Q的后面放一光屏，
则( )
（A）Q不动，旋转P，屏上的光的亮度不变
（B）Q不动，旋转P，屏上的光的亮度时强时弱
（C）P不动，旋转Q，屏上的光的亮度不变
（D）P不动，旋转Q，屏上的光的亮度时强时弱
9．某些特定环境下照像时，常在照相机镜头前装一片偏振滤光片使景象清晰，关于其原理，下列说法中正确的是（ ）
（A）增强透射光的强度 （B）减弱所拍摄景物周围反射光的强度
（C）减弱透射光的强度 （D）增强所拍摄景物周围反射光的强度
二、填空题
10．波可以分为纵波横波，在纵波中，各质点的振动方向与波的传播方向_______；在横波中，各质点的振动方向与波的传播方向________。
11．有些光，包含着在垂直光的传播方向上沿___________方向振动的光，这些方向上的光的强度都___________，这样的光叫___________光。当这种光垂直透过某一线状狭缝后，光的振动方向只沿___________方向，这样的光叫___________光。
12．通过一块偏振片观察以下对象，当以入射光线为轴转动偏振片时，看到的现象有何变化：
（1）观察电灯 ；
（2）蜡烛 ；
（3）月亮 ；
（3）反光的黑板 。
三、简答题
13．我们平时看的电影尽管声音效果很好，但视觉效果并不逼真。现在有一个“立体电影”，观看时观众都必须戴上一副特制的“眼镜”，这种“眼镜”是由两块偏振片组成的，戴上后观看电影时，会有很强的立体感，有“身临其境”的感觉。试用学过的知识简述立体电影的拍摄和放映原理。