4.6光的偏振 激光1 课件—2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册（30张PPT）
文档属性
| 名称 | 4.6光的偏振 激光1 课件—2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册（30张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 5.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-08-12 12:46:55 | ||
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文档简介
4.6 光的偏振 激光
一、光的偏振
1.机械波的偏振
（1）偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的。这个现象称为“偏振现象” ,横波的振动方向称为“偏振方向”。
如图：横波既可能沿上下方向振动，也可能沿左右方向振动，还可能沿其他“斜”的方向振动。
（2）取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软绳上形成一列横波。
②如果狭缝与振动方向垂直，则振动就被狭缝挡住而不能向前传播。
①让软绳穿过一块带有狭缝的木板，如果狭缝与振动方向平行，则振动可以通过狭缝传到木板的另一侧。
狭缝的方向影响横波的传播
（3）如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，则无论狭缝怎样放置，弹簧上的纵波都可以通过狭缝传播到木板的另一侧。
纵波可以穿过不同方向的狭缝
2.光的偏振
（1）偏振现象是横波所特有的，故利用偏振现象可判断一列波是横波还是纵波。研究表明，光是一种横波。
（2）偏振片
由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片，偏振片对光波的作用就像上图中的狭缝对于机械波的作用一样。
演 示 观察光的偏振现象
①让阳光或灯光通过偏振片 P，在 P 的另一侧观察(如图甲)，观察透射光的强度有什么变化？如果以光的传播方向为轴旋转偏振片 P，透射光的强度又如何变化吗？
甲
可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些；继续旋转偏振片 P，透射光的强度不发生变化。
②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，观察通过两块偏振片的透射光的强度变化？
当偏振片Q的透振方向与偏振片 P的透振方向平行时，透射强度与只有偏振片P时的强度一样。
乙
继续旋转偏振片Q，亮度变暗，当偏振片Q的透振方向与偏振片 P的透振方向垂直时，亮度最暗。
丙
说明：事实上，只要光的振动方向不与透振方向垂直，它都可以不同程度地通过偏振片，不过强度要比振动方向与透振方向平行的光弱一些。
视频：光的偏振
3.自然光和偏振光
（1）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，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光 。
（2）偏振光
光在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫作偏振光。例如通过偏振片的光波就是偏振光。
通过偏振片 P 的偏振光照射到偏振片 Q 时，如果两个偏振片的透振方向平行，那么，通过 P 的偏振光的振动方向与偏振片 Q 的透振方向一致，可以透过 Q；
如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振动方向跟偏振片 Q 的透振方向垂直，不能透过 Q。
4.常见的偏振光
偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。
反射引起自然光的偏振
振动方向垂直于纸面的光较强
自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光。
5.光的偏振现象的应用
（1）在摄影中的应用
在镜头前安装一片偏振滤光片，可以阻挡反射光进入镜头．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。
相机的偏振滤光片能减弱玻璃表面反射光的影响
（2）电子表的液晶显示屏
在两块透振方向垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，可以控制光线显示数字。
（3）偏振片在汽车挡风玻璃上的应用
夜晚行车时，车灯眩光的消除用的就是光的偏振原理。
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。
（4）立体电影也利用了光的偏振原理
3D 眼镜
用偏振眼镜观看立体电影
例1.如图所示，P是一偏振片，它的透振方向为竖直方向（图中用带箭头的实线表示）。现用四种入射光束分别照射P时，不能在P的另一侧观察到透射光的是（ ）
A．太阳光
B．沿竖直方向振动的光
C．沿水平方向振动的光
D．沿与竖直方向成45°角振动的光
C
【答案】C
【详解】
A．太阳光包含在垂直传播方向沿各个方向振动的光，当太阳光照射P时能在P的另一侧观察到偏振光，A不符合题意；
B．沿竖直方向振动的光能通过偏振片，B不符合题意；
C．沿水平方向振动的光不能通过偏振片，C符合题意；
D．沿与竖直方向成45°角振动的光能部分通过偏振片，D不符合题意。
故选C。
变式训练：如图所示，两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到偏振片P上，再通过偏振片Q，现以光的传播方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90度，下列说法正确的是（ ）
A．MP间为偏振光
B．PQ间为自然光
C．PQ间的光线亮度逐渐变暗
D．光屏N上的亮线逐渐变暗
D
技法点拨：
1.经过偏振片P后变为偏振光。
2.旋转偏振片Q，亮度变暗，当偏振片Q的透振方向与偏振片 P的透振方向垂直时，亮度最暗。
二、激光的特点及其应用
1.普通光源
光是从物质的原子中发射出来的,普通光源发出的自然光是许多频率、相位、偏振以及传播方向各不相同的光的杂乱无章的混合。这导致两个独立的普通光源发出的光不会发生干涉。
2.激光的产生
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，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是人工产生的相干光。
1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了激光。
梅曼（Theodore Harold Maiman1927-2007）
3.激光的特点以及应用
（1）相干性：激光具有频率单一、相位差恒定、偏振方向相同的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性。
应用：光纤通信、全息照相
（2）平行度非常好
激光的平行度非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度。
应用：精确的测距；读取光盘上记录的信息，激光雷达等。
（3）亮度高
它可以在很小的范围和很短的时间内集中很大的能量。
应用：用激光束切割、焊接、医学上可以用激光做“光刀”；激发核反应等。
（4）能量高
产生高压引起核聚变。
应用：人工控制聚变反应。
例1.关于激光的应用，下列说法中正确的是( )
A．光纤通信是应用激光相干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．计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点来进行的
C．医学中用激光作“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
ABC
【答案】ABC
【解析】光纤通信主要利用激光的相干性好的特点，选项A正确；计算机内的“磁头”可读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好的特点，选项B正确；医疗中用激光作“光刀”和工业上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特点，选项C正确，E错误；激光测距利用的是激光的平行度好的特点，选项D错误。
变式训练：激光可以用来进行精确的测距，激光测距雷达就是一种可以用来测距的装置，它是利用了激光的什么特点( )
A．激光具有高度的相干性
B．激光的平行度非常好
C．激光的亮度高
D．激光的单色性好
B
技法点拨：
激光具有普通光所不具有的特点，激光具有相干性好、平行度好、亮度高的特点，激光在生产与生活中有很多应用，掌握基础知识是正确解题的关键。
光的偏振 激光
光的偏振
相干性好，应用：光纤通信等
平行度好，应用：精确的测距等
亮度高，应用：用激光束切割、焊接等
激光的特点及其应用
振动中的偏振现象
光的偏振:偏振现象是横波所特有的
偏振现象的应用
再见
一、光的偏振
1.机械波的偏振
（1）偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的。这个现象称为“偏振现象” ,横波的振动方向称为“偏振方向”。
如图：横波既可能沿上下方向振动，也可能沿左右方向振动，还可能沿其他“斜”的方向振动。
（2）取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软绳上形成一列横波。
②如果狭缝与振动方向垂直，则振动就被狭缝挡住而不能向前传播。
①让软绳穿过一块带有狭缝的木板，如果狭缝与振动方向平行，则振动可以通过狭缝传到木板的另一侧。
狭缝的方向影响横波的传播
（3）如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，则无论狭缝怎样放置，弹簧上的纵波都可以通过狭缝传播到木板的另一侧。
纵波可以穿过不同方向的狭缝
2.光的偏振
（1）偏振现象是横波所特有的，故利用偏振现象可判断一列波是横波还是纵波。研究表明，光是一种横波。
（2）偏振片
由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片，偏振片对光波的作用就像上图中的狭缝对于机械波的作用一样。
演 示 观察光的偏振现象
①让阳光或灯光通过偏振片 P，在 P 的另一侧观察(如图甲)，观察透射光的强度有什么变化？如果以光的传播方向为轴旋转偏振片 P，透射光的强度又如何变化吗？
甲
可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些；继续旋转偏振片 P，透射光的强度不发生变化。
②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，观察通过两块偏振片的透射光的强度变化？
当偏振片Q的透振方向与偏振片 P的透振方向平行时，透射强度与只有偏振片P时的强度一样。
乙
继续旋转偏振片Q，亮度变暗，当偏振片Q的透振方向与偏振片 P的透振方向垂直时，亮度最暗。
丙
说明：事实上，只要光的振动方向不与透振方向垂直，它都可以不同程度地通过偏振片，不过强度要比振动方向与透振方向平行的光弱一些。
视频：光的偏振
3.自然光和偏振光
（1）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，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光 。
（2）偏振光
光在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫作偏振光。例如通过偏振片的光波就是偏振光。
通过偏振片 P 的偏振光照射到偏振片 Q 时，如果两个偏振片的透振方向平行，那么，通过 P 的偏振光的振动方向与偏振片 Q 的透振方向一致，可以透过 Q；
如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振动方向跟偏振片 Q 的透振方向垂直，不能透过 Q。
4.常见的偏振光
偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。
反射引起自然光的偏振
振动方向垂直于纸面的光较强
自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光。
5.光的偏振现象的应用
（1）在摄影中的应用
在镜头前安装一片偏振滤光片，可以阻挡反射光进入镜头．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。
相机的偏振滤光片能减弱玻璃表面反射光的影响
（2）电子表的液晶显示屏
在两块透振方向垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，可以控制光线显示数字。
（3）偏振片在汽车挡风玻璃上的应用
夜晚行车时，车灯眩光的消除用的就是光的偏振原理。
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。
（4）立体电影也利用了光的偏振原理
3D 眼镜
用偏振眼镜观看立体电影
例1.如图所示，P是一偏振片，它的透振方向为竖直方向（图中用带箭头的实线表示）。现用四种入射光束分别照射P时，不能在P的另一侧观察到透射光的是（ ）
A．太阳光
B．沿竖直方向振动的光
C．沿水平方向振动的光
D．沿与竖直方向成45°角振动的光
C
【答案】C
【详解】
A．太阳光包含在垂直传播方向沿各个方向振动的光，当太阳光照射P时能在P的另一侧观察到偏振光，A不符合题意；
B．沿竖直方向振动的光能通过偏振片，B不符合题意；
C．沿水平方向振动的光不能通过偏振片，C符合题意；
D．沿与竖直方向成45°角振动的光能部分通过偏振片，D不符合题意。
故选C。
变式训练：如图所示，两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到偏振片P上，再通过偏振片Q，现以光的传播方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90度，下列说法正确的是（ ）
A．MP间为偏振光
B．PQ间为自然光
C．PQ间的光线亮度逐渐变暗
D．光屏N上的亮线逐渐变暗
D
技法点拨：
1.经过偏振片P后变为偏振光。
2.旋转偏振片Q，亮度变暗，当偏振片Q的透振方向与偏振片 P的透振方向垂直时，亮度最暗。
二、激光的特点及其应用
1.普通光源
光是从物质的原子中发射出来的,普通光源发出的自然光是许多频率、相位、偏振以及传播方向各不相同的光的杂乱无章的混合。这导致两个独立的普通光源发出的光不会发生干涉。
2.激光的产生
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，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是人工产生的相干光。
1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了激光。
梅曼（Theodore Harold Maiman1927-2007）
3.激光的特点以及应用
（1）相干性：激光具有频率单一、相位差恒定、偏振方向相同的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性。
应用：光纤通信、全息照相
（2）平行度非常好
激光的平行度非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度。
应用：精确的测距；读取光盘上记录的信息，激光雷达等。
（3）亮度高
它可以在很小的范围和很短的时间内集中很大的能量。
应用：用激光束切割、焊接、医学上可以用激光做“光刀”；激发核反应等。
（4）能量高
产生高压引起核聚变。
应用：人工控制聚变反应。
例1.关于激光的应用，下列说法中正确的是( )
A．光纤通信是应用激光相干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．计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点来进行的
C．医学中用激光作“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
ABC
【答案】ABC
【解析】光纤通信主要利用激光的相干性好的特点，选项A正确；计算机内的“磁头”可读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好的特点，选项B正确；医疗中用激光作“光刀”和工业上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特点，选项C正确，E错误；激光测距利用的是激光的平行度好的特点，选项D错误。
变式训练：激光可以用来进行精确的测距，激光测距雷达就是一种可以用来测距的装置，它是利用了激光的什么特点( )
A．激光具有高度的相干性
B．激光的平行度非常好
C．激光的亮度高
D．激光的单色性好
B
技法点拨：
激光具有普通光所不具有的特点，激光具有相干性好、平行度好、亮度高的特点，激光在生产与生活中有很多应用，掌握基础知识是正确解题的关键。
光的偏振 激光
光的偏振
相干性好，应用：光纤通信等
平行度好，应用：精确的测距等
亮度高，应用：用激光束切割、焊接等
激光的特点及其应用
振动中的偏振现象
光的偏振:偏振现象是横波所特有的
偏振现象的应用
再见