新教材高中物理人教版选择性必修 第一册46 光的偏振激光学案.docx
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新教材高中物理人教版选择性必修第一册46光的偏振激光学案
光的偏振激光
【学习目标】
1．通过实验，认识振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象。
2．了解偏振光和自然光的区别，从光的偏振现象知道光是横波。
3．了解日常见到的光多数是偏振光，了解偏振光在生产生活中的一些应用。
4．了解激光的特点及激光的应用。
【学习重难点】
1．通过实验，认识振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象。
2．知道光是横波及偏振在生产生活中的一些应用。
3．了解激光的特点及激光的应用。
【学习过程】
一、复习回顾
1．横波：
_________________________________________________________。
2．纵波：
_________________________________________________________。
3．光的干涉和衍射现象均说明_______________________________________。
4．机械波根据______________________________________，把波分为横波和纵波。
横波中各点的振动方向总与波的传播方向__________。
纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在__________上。
__________波有偏振现象。
猜想：
光波是横波还是纵波呢？
二、新课学习
（一）光的偏振
1．偏振片：
_________________________________________________________。
2．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_______方向上沿_______方向振动的光，沿着各个方向振动的光波的强度都相同。
（2）偏振光：
在_______传播方向的平面上，只沿着____________的方向振动的光。
【演示实验——自然光的偏振】
现象1：
用一个起偏器观察自然光，偏振片是透明的，以光的传播方向为轴旋转P时，透射光强度___________。
现象2：
加上检偏器Q，当Q的透振方向与P的透振方向________时，透射光强度最大。
现象3：
以光传播方向为轴旋转时，透射光强度减弱。
当Q与P透振方向________时，屏上最暗，光强几乎为零。
3．结论：
偏振现象表明，光是一种_______波。
4．偏振光的形成：
①自然光通过__________后，得到偏振光。
②自然光在介质表面反射时，________光和________光都是偏振光。
（二）偏振现象的应用
1．_____________________。
2．_____________________。
3．_____________________。
4．_____________________。
5．_____________________。
（三）激光的特点及其应用
1．普通光源（白炽灯、日光灯、高压水银灯）的发光过程为自发辐射。
各原子自发辐射发出的光彼此独立，频率、振动方向、相位____________——为____________光。
2．激光及其产生
（1）概念：
激光准确内涵是“__________________________________”。
（2）产生机理：
________________________________________。
某些物质的原子中的粒子受光或电刺激，使低能级的原子变成高能级原子，在向低能态跃迁时辐射出相位、频率、方向等__________________的光，这种光叫做激光。
3．激光的发展史
1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。
1960年，美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员梅曼发明了世界上第一台___________激光器。
1965年，第一台可产生大功率激光的器件——二氧化碳激光器诞生。
1967年，第一台X射线激光器研制成功。
4．激光的特点
________________、_______________、_____________________。
5．激光的应用
（1）相干性应用：
________________________________________________。
（2）平行度好：
__________________________________________________。
（3）亮度高（能量高）：
___________________________________________。
【课堂练习】
1．下列说法正确的是（）
A．机械波都能产生偏振现象
B．光的偏振现象说明光是横波
C．自然光不能产生偏振，说明自然光是纵波
D．光波的感光作用和生理作用等主要是由磁感应强度B的振动引起的
答案：
B
2．纵波不可能产生的现象是（）
A．偏振现象
B．反射现象
C．折射现象
D．衍射现象
答案：
A
3．如图所示，太阳光照射到两种介质的界面上。
关于反射光和折射光，下列说法正确的是（）
A．入射光、反射光、折射光都是偏振光
B．入射光是自然光，折射光、反射光是偏振光
C．反射光垂直于纸面振动，折射光在纸面内振动
D．反射光在纸面内振动，折射光垂直于纸面振动
答案：
BC
4．对激光的认识，以下说法正确的是（）
A．普通光源发出的光都是激光
B．激光是自然界普遍存在的一种光
C．激光是一种人工产生的相干光
D．激光已经深入到我们生活的各个方面
答案：
CD
5．两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180°，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，然后又减弱到零
B．透过的光强先增强，然后减弱到非零的最小值
C．透过的光强在整个过程中都增强
D．透过的光强先增强，再减弱，然后又增强
答案：
A
6．夜间行车时，对面来车的车灯的强光刺眼会使司机看不清路况，因此两车交会前要交替灭灯，同时减速，这样很不方便。
科学家设想，把每辆车前大灯罩玻璃换成偏振片，把车前挡风玻璃也设计一块偏振片，偏振片的透振方向一致，且都与水平面成45°角，如图所示，当夜晚行车时，就能避免对方灯光刺眼，且司机对自己车灯发出的光感觉和不加偏振片相同。
试述其原理。
答案：
相向运动的车偏振片透振方向互相垂直，彼此的挡风玻璃上的偏振片使对方车灯的偏振光不能通过，但能通过自己车灯的偏振光。
7．如图所示，将上一偏振片慢慢顺时针旋转，屏上的光的亮度开始逐渐________，当它转到90°时，屏上光亮度将最________（填“暗”或“亮”），继续转到180°时光由最________变为最________。
如此每转90°，交替变化一次（设开始时上、下两偏振片平行且透振方向完全一致）
答案：
变暗，暗，暗，亮
8．关于激光所具有的特点，下列说法中正确的是（）
A．激光相干性好B．激光平行度好
C．激光亮度高D．激光易色散
答案：
ABC
9．以下说法正确的是（）
A．光纤通信利用了激光相干性好的特点
B．激光武器利用了激光亮度高的特点
C．激光写、读利用了激光亮度高的特点
D．激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光亮度高的特点
答案：
ABD
10．利用激光束来切割各种物质，是利用激光的（）
A．相干性好的特点B．方向性好，平行度高的特点
C．亮度高的特点D．单色性好的特点
答案：
C
11．激光是一种电磁波，某种排版系统中激光频率为4×1014Hz，则该激光的波长为（）
A．0.25μmB．0.50μm
C．0.75μmD．1.33×106m
答案：
C
12．以下说法正确的是（）
①光的偏振现象说明光是电磁波②紫外线是原子外层电子受激发产生的③泊松亮斑是一种光的衍射现象④原子自发辐射的光是激光
A．①B．②③C．①②③④D．①②③
答案：
B
第13章第6节
基础夯实
一、选择题（1～3题为单选题，4、5题为多选题）
1．关于自然光和偏振光，以下说法正确的是（ B ）
A．自然光包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同
B．偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光
C．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
D．晚上月亮光是自然光
解析：
光源发出的光，沿着各个方向振动的光的强度都相同的光，叫做自然光。
沿某个特定方向振动的光叫做偏振光，故A错B对。
偏振光不能通过偏振片还原为自然光，C错；月亮光是偏振光，D错。
2．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（ D ）
A．MN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
解析：
MP间为自然光，PN间为偏振光，故A、B错；PQ间亮度不变，光屏上亮度逐渐变暗，故C错D正确。
3．在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是（ A ）
A．减弱反射光，从而使景物的像清晰
B．增强反射光，从而使景物的像清晰
C．增强透射光，从而使景物的像清晰
D．减弱透射光，从而使景物的像清晰
解析：
由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊，装上偏振片的目的是减弱反射光，且透振方向与反射光的振动方向垂直，但不能增强透射光。
4．如图所示，一束自然光通过起偏器照射到光屏上，则图中光屏上发亮的有（起偏器上用箭头表示其透射方向）（ ABD ）
解析：
自然光通过起偏器后成为偏振光，当偏振光的振动方向与起偏器的透振方向平行时能够通过，否则不能通过，所以A、B、D正确。
5．关于波动，下列说法正确的是（ BD ）
A．各种波均会发生偏振现象
B．用白光做单缝衍射与双缝干涉实验，均可看到彩色条纹
C．声波传播过程中，介质中质点的运动速度等于声波的传播速度
D．已知地震波的纵波波速大于横波波速，此性质可用于横波的预警
解析：
只有横波才能发生偏振现象，A错；白光是复色光，做单缝衍射和双缝干涉均能看到彩色条纹，B对；波在传播过程中的传播速度与介质运动速度是两回事，二者没有可比性，C错；在同一介质中，纵波传播速度大于横波的传播速度，D正确。
二、非选择题
6．将手电筒射出的光照到平面镜上，发生反射后，再用偏振片观察反射光，发现旋转偏振片时有什么现象？
说明什么？
答案：
当旋转偏振片时，观察到旋转偏振片时亮度变化，说明反射光是偏振光。
7．如图所示，杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？
简单说明理由。
（1）在单色自然光源S后加一偏振片P。
（2）在
（1）情况下，再加P1、P2，P1与P2透射光方向垂直。
答案：
（1）能。
到达S1、S2的光是从同一线偏振光分解出来的，它们满足相干条件，能看到干涉条纹，且由于线偏振片很薄，对路程差的影响可忽略，干涉条纹的位置与间距和没有P时基本一致，只是强度由于偏振片的吸收作用而减弱。
（2）不能。
由于从P1、P2射出的光方向相互垂直，不满足干涉条件，故光屏E被均匀照亮，但无干涉现象。
能力提升
一、选择题（1题为单选题，2～4题为多选题）
1．光的偏振现象说明光是横波，下列现象中不能反映光的偏振特性的是（ D ）
A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光
C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
解析：
通过手指的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹是光的衍射现象。
其余各项均是光的偏振现象，故选D。
2．“假奶粉事件”曾经闹得沸沸扬扬，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，从而鉴定糖量。
偏振光通过糖水溶液后，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的测量值与标度值相比较，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，最后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是（ ACD ）
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处光强度最大，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处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α
解析：
A、B之间不放糖溶液时，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间放糖溶液时，由于溶液的旋光作用，使通过A的偏振光振动方向转动了一定角度，到达O处的光强会明显减弱；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；因为A、B的偏振方向一致，故转动偏振片A也可以。
故选ACD。
3．如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，让太阳光或白炽灯光通过狭缝S形成细光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2。
现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于纸面的轴线转动，使反射光束1和透射光束2恰好垂直。
在入射光线的方向上加偏振片P，偏振片与入射光线垂直，其透振方向在纸面内，这时看到的现象是（ AD ）
A．反射光束1消失
B．透射光束2消失
C．反射光束1和透射光束2都消失
D．偏振片P以入射光线为轴旋转90°角，透射光束2消失
解析：
自然光射到界面上，当反射光与折射光垂直时，反射光和折射光的偏振方向相互垂直，且反射光的偏振方向与纸面垂直，折射光的透振方向与纸面平行，因此当在入射光线方向垂直放上透振方向在纸面内的偏振片P时，因垂直于纸面无光；反射光束1消失，A正确，B，C均错误；偏振片转动90°，平行于纸面内的光消失，则透射光束2消失，D正确。
4．如图所示是一种利用温度敏感光纤测量物体温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的偏振方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化。
关于这种温度计的工作原理，正确的说法是（ AC ）
A．到达检偏器的光的偏振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大
B．到达检偏器的光的偏振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小
C．到达检偏器的光的偏振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越大，表示温度变化越小
D．到达检偏器的光的偏振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越大，表示温度变化越大
解析：
温度变化越大，光纤的各个物理参量变化越大，光的偏振方向变化越大，光接收器接收的光强度会越小。
二、非选择题
5．一束光由真空入射到平面玻璃上，当其折射角为30°时，反射光恰好发生完全偏振（反射光线与折射光线垂直），由此可以计算出玻璃的折射率是多少？
此时的入射角称为起偏角，也叫布儒斯特角，试求折射率为n的介质的布儒斯特角的通用表达式。
答案：
θ1＝arctann
解析：
光由空气进入玻璃，光路图如图所示，根据折射定律可得n＝
，而θ1＋θ2＝90°
所以n＝
＝cotθ2
由题意知θ2＝30°
n＝cot30°＝
所求的布儒斯特角为θ1，所以由n＝
＝tanθ1
可得表达式为θ1＝arctann
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