4.6光的偏振 激光 讲义-2021-2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册word版含答案

第四章光
第6节光的偏振
激光
【素养目标】
1.观察振动中的偏振现象,知道只有横波才有偏振现象。
2.知道偏振光和自然光的区别,能运用偏振知识来解释生活中一些常见的光学现象。
3.知道激光与自然光的区别。
4.了解激光的特点及其应用。
【必备知识】
一、偏振
1.偏振现象
横波中各点的振动方向总与波的传播方向垂直。纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上。横波有偏振现象。
二、光的偏振
(1)偏振片：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着某个特定方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。
(2)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，沿着各个方向振动的光波的强度都相同。
(3)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。
(4)观察光的偏振现象（自然光通过偏振片的实验结果）
如图所示，取一个偏振片P，让阳光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的；在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，会看到在旋转Q时光的亮度发生变化。
（5）光偏振现象的应用
①摄影和摄像:在拍摄水中的景物时,让镜头滤光片的透振方向与反射光的偏振方向垂直,就可以减弱反射光,使被拍摄的对象的影像更清晰。
②液晶显示:液晶具有旋光性,在外电压作用下,这个性质会消失。在液晶显示中,液晶盒上下两偏振片的透振方向相互垂直。
三、激光的特点及其应用
1、激光：激光是一种通过人工方法获得的一种频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光波。
2.激光的特点
(1)“纯净”:激光的频率、相位、偏振方向、传播方向都相同，在实际应用中带来很多方便，如可以更好地完成干涉和衍射实验，广泛地应用于科学研究和生产生活中。
(2)平行度:激光的平行度好,能传播相当远的距离,可以用于精确的测距。
(3)亮度:激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,可以用于切割、焊接以及在坚硬材料上打孔等。
(4)激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息。光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物。
【课堂检测】
1.雨后太阳光入射到水
滴中发生色散而形成彩虹．设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是(　　)
A.?紫光、黄光、蓝光和红光????????????????????????????????????B.?紫光、蓝光、黄光和红光
C.?红光、?蓝光、黄光和紫光???????????????????????????????????D.?红光、黄光、蓝光和紫光
【答案】
B
【解析】由可见光的折射率知，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的折射率依次增大，由题图知a→d折射率依次减小，故
A、C、D错，B对。
【分析】根据折射图象可得出各光的偏折程度，即可得出折射率的大小，则可得频率、波长等的大小时关系，即可判断各光可能的顺序。
2.市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品产生的热效应大大降低
，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(氟化镁)。这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为(　　)
A.??
λ??????????????????????????????????????B.?λ??????????????????????????????????????C.?λ??????????????????????????????????????D.?λ
【答案】
B
【解析】为消除反射的热效应显著的红外线，则要求红外线在薄膜的前后表面反射后叠加减弱，即路程差为半波长的奇数倍，故薄膜的最小厚度为红外线在该薄膜中波长的
。
【分析】解答本题时应明确通过改变薄膜的厚度可以达到增强反射光或削弱反射光的目的。
【素养作业】
1.下列说法正确的是（　　）
A.?光的偏振现象说明光是横波
B.?光从真空斜射入某介质时，折射角大于入射角
C.?在单缝衍射实验中，缝越宽得到的中央亮条纹也越宽
D.?在相同的装置上做双缝干涉实验，紫光比红光的条纹宽
【答案】
A
【解析】偏振是横波特有的现象，光能发生偏振说明光是横波，A符合题意；
由光的折射定律可知，光从空气斜射入其他介质中时，折射角小于入射角，B不符合题意；
在单缝衍射实验中，缝越窄得到的中央亮条纹也越宽，C不符合题意；
根据
得，红光的波长长，则红光的条纹间距大于紫光的条纹间距，D不符合题意。
故答案为：A。
2.下列有关光现象及光的应用正确的是（　　）
A.?光的偏振现象说明光是一种纵波
B.?不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑属于光的干涉现象
C.?光导纤维中内层的折射率小于外层的折射率
D.?用点光源照射小圆孔，后面光屏上会出现明暗相间的圆环，这是圆孔衍射现象
【答案】
D
【解析】A．光的偏振现象说明光是一种横波，A不符合题意；
B．不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑，这是光的衍射现象，B不符合题意；
C．光导纤维中内层的折射率大于外层，光线在内外层的界面上发生了全反射，C不符合题意；
D．用点光源照射小圆孔，后面光屏上会出现明暗相间的圆环，这是圆孔衍射，D符合题意。
故答案为：D。
3.如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧。旋转偏振片P，
A、B
两点光的强度变化情况是（?
）
A.?A，B
均不变??????????????B.?A，B
均有变化??????????????C.?A
不变，B有变化??????????????D.?A
有变化，B不变
【答案】
C
【解析】白炽灯的光线沿各个方向的都有，旋转偏振片P，A点光的强度不会变化；
而偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽，旋转偏振片P，PQ放置的方向不同，通过P的光线有一部分不能通过Q，所以通过Q的光线在B点强度会发生变化。C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C。
4.下列说法不正确的是（??
）
A.?图1为检验工件平整度的装置，利用了薄膜干涉的原理
B.?图2为光照射不透明小圆板得到的衍射图样
C.?图3海市蜃楼和沙漠蜃景都是光的全反射现象，其中沙漠蜃景产生的原因是由于沙漠上层空气的折射率比下层空气折射率大
D.?图4的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理是一样的
【答案】
D
【解析】A．薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，从弯曲的条纹可知，P处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相，知P处凹陷，而Q处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知Q处凸起，A正确，不符合题意；
B．图为光线通过小圆板得到的衍射图样，若用光照射很小的不透明圆板时，后面会出现一亮点，B正确，不符合题意；
C．由于上层空气的折射率比下层空气折射率大，沙漠蜃景是光的全反射现象，C正确，不符合题意；
D．立体电影是光的偏振，与镜头表面涂上增透膜是利用光的干涉，它们的原理不相同，D错误，符合题意。
故答案为：D。
5.如图所示，让太阳光通过遮光板M中的小孔S，在M的右方放一偏振片P，P的右方再放一光屏Q，现以光的传播方向为轴逐渐旋转偏振片P，关于屏Q
上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是（??
）
A.?先变亮后变暗??????????B.?先变暗后变亮??????????C.?亮度不变??????????D.?光先变暗后变亮，再变暗，再变亮
【答案】
C
【解析】解：太阳光是自然光，向各个方向偏振的光的强度是相同的，通过偏振片后变为偏振光，故使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周光屏Q上光的亮度是不变的；
故ABD错误，C正确；
故选：C．
6.让自然光通过偏振片P，并以光的传播方向为轴旋转偏振片，下列说法正确的是（??
）
A.?透射光的强度时强时弱???????????????????????????????????????B.?透射光的强度不变
C.?透射光是一种偏振光???????????????????????????????????????????D.?透射光是一种相干光源
【答案】
C
【解析】解；A、自然光在各个方向上振动的光是相同的，因此，透射光的强度是一样的；A错误；
B、偏振片对光不可能是百分百透射的，因此就会阻碍一部分自然光，使强度减小，B错误；
C、自然光通过偏振片P之后，只有振动方向与偏振片的透振方向一致的光才能顺利通过，C正确；
D、自然光的光谱很多，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光不是一种相干光源，D错误；
故选C
7.下列关于光的偏振现象的说法正确的是（??
）
A.?自然光通过起偏器后成为偏振光，要获得偏振光只有这样一种途径
B.?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
C.?光的偏振现象说明了光是纵波
D.?拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响
【答案】
D
【解析】解：A、自然光在水面反射时，反射光和折射光的振动方向不同，都是一定程度的偏振光，故A错误；
B、自然光是在垂直于传播方向的上沿一切方向振动且各个方向振动的光波强度都相同，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仍是偏振光，所以B错误；
C、光的偏振现象说明光是一种横波，故C错误；
D、拍摄日落时水面下的景物时，为防止反射光，所在在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响，故D正确；
故选：D．
8.如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片做成的中空三棱镜，里面是空气，一束光A从棱镜的左边射入，从三棱镜的右边射出时发生色散，射出的可见光分布在a点和b点之间，则(　　)
A.?从a点射出的是红光，从b点射出的是紫光
B.?从
a点射出的是紫光，从b点射出的是红光
C.?从a点和b点射出的都是紫光，从ab中点射出的是红光
D.?从a点和b点射出的都是红光，从ab中点射出的是紫光
【答案】
B
【解析】由红光的折射率小于紫光的折射率知，紫光偏离原来方向比红光严重，并且向顶端偏折，光路图如图所示．所以从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光，选项B正确。