第4、5節(jié) 光的偏振 激光與全息照相

第4、5節(jié)光的偏振激光與全息照相核心素養(yǎng)導(dǎo)學物理觀念(1)通過觀察光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波。(2)了解激光的特性，能舉例說明激光技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用?？茖W思維對比自然光和偏振光的區(qū)別，能運用偏振知識解釋生活中的一些常見光學現(xiàn)象?？茖W探究借助兩塊偏振片，觀察日光或燈光的偏振現(xiàn)象?？茖W態(tài)度與責任體會物理知識來源于生活而又應(yīng)用于生活的特點，提高物理學習的學科素養(yǎng)。一、偏振現(xiàn)象、偏振現(xiàn)象的應(yīng)用1．偏振現(xiàn)象：如果橫波只沿著某一個_____的方向振動，在物理學上就叫作波的偏振，只有橫波才有這個特性。2．偏振片(1)自然光：在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光波可沿任何方向振動，光振動在平面內(nèi)的分布是大致均勻的，所以不顯示_____性，這樣的光稱為自然光。(2)偏振片和偏振光：偏振片是只讓某一方向振動的光通過，而不讓其他方向振動的光通過的一種光學元件。讓自然光通過偏振片就可以獲得_____光。特定偏振偏振(3)起偏器和檢偏器：用于獲得_____光的偏振片叫起偏器。為了檢查通過起偏器的光是不是偏振光，可在起偏器后面再放一個偏振片，這個偏振片叫檢偏器。3．偏振現(xiàn)象的應(yīng)用(1)立體電影。(2)偏振鏡。(3)檢查力的分布情況。(4)地震預(yù)報。偏振二、激光及其特性、激光的應(yīng)用、全息照相1．激光的特點及應(yīng)用特點性質(zhì)應(yīng)用相干性激光具有______單一、相位差______、偏振方向_____的特點，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性光纖通信平行度激光的_______非常好，傳播很遠的距離仍能保持一定的強度精確的測距；讀取光盤上記錄的信息等亮度高它可以在很小的_____和很短的_____內(nèi)集中很大的_____用激光束切割、焊接，醫(yī)學上可以用激光做“光刀”，激發(fā)核反應(yīng)等頻率恒定相同平行度范圍時間能量2．全息照相(1)與普通照相技術(shù)的比較：普通照相技術(shù)所記錄的只是光波的強弱信息，而全息照相技術(shù)還記錄了光波的_____信息。(2)原理：全息照相的拍攝利用了光的原理，使參考光和物光在底片上相遇，發(fā)生干涉，形成復(fù)雜的干涉條紋。這要求參考光和物光必須具有很高的______性。(3)觀察全息照片時要用_____照射照片，從另一側(cè)面觀察。相位相干激光1．對以下關(guān)于偏振現(xiàn)象的說法做出判斷：(1)自然光通過偏振片后，就能獲得偏振光。

()(2)起偏器與檢偏器的透振方向相互平行時，偏振光完全不能通過。

()(3)光的偏振現(xiàn)象說明了光是一種橫波。

()√×√2．通過一塊偏振片觀察電燈、蠟燭、月亮、反光的黑板，當以入射光線為軸轉(zhuǎn)動偏振片時，看到的現(xiàn)象有何不同？提示：通過一塊偏振片去觀察電燈、蠟燭時，透射光的強弱不隨偏振片的旋轉(zhuǎn)而變化。因為燈光、燭光都是自然光，沿各個方向振動的光的強度相同，因此當偏振片旋轉(zhuǎn)時，透射出來的光波的振動方向雖然改變了(肉眼對此不能感覺)，但光的強弱沒有改變。月亮和黑板反射的光是偏振光，它們通過偏振片透射過來的光線的強弱會隨偏振片的旋轉(zhuǎn)發(fā)生周期性的變化。3．如圖所示是立體電影中的圖片。為什么立體電影產(chǎn)生如此神奇的效果？提示：在觀看立體電影時，觀眾要戴上一副特制的眼鏡，這副眼鏡就是一對透振方向相互垂直的偏振片。4．利用激光測量地球到月球的距離，應(yīng)用了激光哪方面的性質(zhì)？提示：應(yīng)用了“平行度”非常好的性質(zhì)。新知學習(一)|光的偏振及應(yīng)用[任務(wù)驅(qū)動]

某些特定環(huán)境下照相時，常在照相機鏡頭前裝一片偏振濾光片使影像清晰，這是利用什么原理？提示：在某些特定環(huán)境下，如拍攝池水中的游動的魚時，由于水面反射光的干擾，影像會不清楚，在鏡頭前裝一片偏振片，清除反射光(反射光為偏振光)，影像就變得清晰。這是利用了光的偏振。

[重點釋解]1．偏振片和透振方向

偏振片由特定的材料制成，每個偏振片都有一個特定的方向，只有沿著某個特定方向振動的光波才能順利通過偏振片，這個方向叫作“透振方向”。

說明：光的偏振現(xiàn)象表明光是橫波。2．自然光和偏振光的比較

自然光偏振光成因從光源(如太陽、電燈等)直接發(fā)出的光自然光通過偏振片后就變成了偏振光，反射光、折射光均為偏振光振動方向在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿著各個方向振動在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿著某個特定的方向振動經(jīng)偏振片后的現(xiàn)象比較如上圖所示，通過偏振片后，自然光就變成了偏振光，轉(zhuǎn)動偏振片，偏振光的亮度不變，但偏振方向隨之變化如上圖所示，偏振光經(jīng)偏振片后，若偏振方向與透振方向平行，屏亮；若垂直，則屏暗；若介于兩者之間，則屏上亮度介于兩者之間并隨偏振方向與透振方向夾角的增大而變暗續(xù)表[典例體驗][典例]

(多選)如圖所示，P是一偏振片，P的透振方向(用帶箭頭的實線表示)為豎直方向。下列四種入射光束中哪幾種照射P時能在P的另一側(cè)觀察到透射光

(

)A．太陽光B．沿豎直方向振動的光C．沿水平方向振動的光D．沿與豎直方向成45°角的方向振動的光[解析]

偏振片只讓沿某一方向振動的光順利通過，當偏振片的透振方向與光的振動方向的夾角不為90°時，有光透過偏振片，但透射光的強度變?nèi)?。太陽光是自然光，光波可沿任何方向振動，所以在P的另一側(cè)能觀察到透射光；沿豎直方向振動的光，振動方向與偏振片的透振方向相同，也可看到透射光；沿水平方向振動的光，其振動方向與偏振片的透振方向垂直，所以看不到透射光；沿與豎直方向成45°角的方向振動的光，其振動方向與透振方向不垂直，仍可看到透射光。故選項A、B、D正確。[答案]

ABD[針對訓練]1．

如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q，A點位于P、

Q之間，B點位于Q右側(cè)。旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點光的強度變化

情況是

(

)A．A、B均不變 B．A、B均有變化C．A不變，B有變化

D．A有變化，B不變解析：白熾燈發(fā)出的光為自然光，通過偏振片P后產(chǎn)生偏振光，旋轉(zhuǎn)P，A處光的強度不變；當P與Q的偏振方向一致時，B點光的強度最強；當P與Q的偏振方向垂直時，B點光的強度最弱，所以選項C正確。答案：C

2．

(多選)如圖所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B，人眼在

P處迎著入射光方向，看不到光亮，則

(

)A．圖中a處光為偏振光B．圖中b處光為偏振光C．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180°后，在P處將看到光亮D．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90°后，在P處將看到光亮解析：自然光通過偏振片后，透射光是沿著某一特定方向振動的光。電燈直接發(fā)出的光為自然光，故A錯誤；自然光通過A偏振片后即變?yōu)槠窆猓蔅正確；設(shè)通過A的光沿豎直方向振動，因P點無光亮，則B偏振片的透振方向沿水平方向，將B轉(zhuǎn)過180°后P處仍無光亮，若將B轉(zhuǎn)過90°，則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^沿豎直方向振動的光的偏振片，則偏振光能通過B，即在P處有光亮，故C錯誤，D正確。答案：BD

新知學習(二)|激光的特性和應(yīng)用[任務(wù)驅(qū)動]如圖所示是某商品的條形碼，售貨員用條形碼掃描儀對著條形碼一掃，就可以進行結(jié)算。請簡單說說其中的道理。提示：售貨員用條形碼掃描儀發(fā)出的激光對著條形碼掃一下，由于黑條、空白條對激光的反射能力不同，這一商品條形碼所反射的激光就把其信息輸入電腦，商品的名稱、價格就顯示在收銀機的屏幕上，售貨員就可依據(jù)顯示價格進行結(jié)算。

[重點釋解]1．激光的特點(1)激光是人工產(chǎn)生的相干光，其單色性好，相干性好。激光的頻率單一，相干性非常好，顏色特別純。用激光做衍射、干涉實驗，效果很好。(2)激光的平行度好。從激光器發(fā)出的激光具有極好的平行性，幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的平行光。傳播幾千米后，激光斑擴展范圍不過幾厘米，而探照燈的光束能擴展到幾十米范圍。(3)亮度高。激光可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量。2．全息照相與普通照相的區(qū)別項目全息照相普通照相原理不同物理光學原理幾何光學原理記錄方法不同記錄的是物光與參考光相干涉的干涉條紋，同時記錄了物光的振幅和相位透鏡成像在膠片上，只記錄下物光的光強信息成像性質(zhì)不同立體像平面像再現(xiàn)方法不同用激光照射，從另一面觀看直接成像在感光面上，沖洗后即能看到像[典例體驗][典例]

(多選)下列所述應(yīng)用激光的事例中，說法正確的是

(

)A．激光平行度好可以用于測距B．激光能量十分集中，醫(yī)療中外科研制的“激光刀”就利用了這個特點，而且有效地減少了細菌的感染C．激光的亮度高，可以用于室內(nèi)照明D．激光的相干性好，可用于全息照相[解析]

激光平行度好，即使傳播了很遠的距離之后，它仍保持一定的強度，此特點可用于激光測距，故選項A正確；激光的亮度高，能量十分集中，可應(yīng)用于金屬的加工、激光醫(yī)療、激光美容、激光武器等，故選項B正確；激光具有很好的相干性，可應(yīng)用于全息照相，由于它記錄了光的相位信息，所以看起來跟真的一樣，立體感較強，故選項D正確；激光是單色的，因此不能用于室內(nèi)照明，故選項C錯誤。[答案]

ABD[針對訓練]1．(多選)將激光束的寬度聚焦到納米級(10－9m)范圍內(nèi)，可修復(fù)人體已損壞的器官，可對DNA分子進行超微型基因修復(fù)，把至今尚令人無奈的癌癥、遺傳疾病徹底根除，以上功能是利用了激光的

(

)A．單色性好 B．平行度好C．粒子性

D．高能量解析：激光的平行度好，故可聚焦到很小的范圍；激光的亮度高、能量大，故可修復(fù)器官。答案：BD

2．(多選)激光火箭的體積小，卻可以裝載更大、更重的衛(wèi)星或飛船。激光由地面激光站或空間激光動力衛(wèi)星提供，通過一套裝置，像手電筒一樣，讓激光束射入火箭發(fā)動機的燃燒室，使推進劑受熱而急劇膨脹，于是形成一股高溫高壓的燃氣流，以極高的速度噴出，產(chǎn)生巨大的推力，把衛(wèi)星或飛船送入太空。激光火箭利用了激光的

(

)A．單色性好

B．平行度好C．高能量

D．相干性好解析：由于激光站與衛(wèi)星相隔距離遠，為了減少能量損失，必須使激光具有很好的平行度，同時使用激光的高能量。答案：BC

一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

科學探究——偏振光的檢測1．(選自粵教版新教材“觀察與思考”)如圖所示，偏振片是一

種由特殊的材料制成的元件，

它有一個特殊的方向，叫作

透振方向。當光的振動方向與透振方向平行時，光能完全通過偏振片；當光的振動方向與透振方向垂直時，光不能通過偏振片；當處于兩者之間時，光只能部分通過。(1)讓太陽光或燈光通過偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振片，從偏振片的另一側(cè)觀察到的光有什么變化？(2)保持偏振片位置不動，再在后面放置第二塊偏振片，旋轉(zhuǎn)第二塊偏振片，從第二塊偏振片后能觀察到什么現(xiàn)象？提示：(1)另一側(cè)光的亮度沒有變化。(2)旋轉(zhuǎn)第二個偏振片，從第二個偏振片后面發(fā)現(xiàn)光的亮度發(fā)生變化，如果兩個偏振片的透振方向平行，亮度較大，如果兩個偏振片的透振方向垂直時，幾乎看不到光。

科學態(tài)度與責任——激光的應(yīng)用2．(選自人教版新教材課后練習)激光可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)聚集很大的能量。例如一臺紅寶石巨脈沖激光器，激光束的發(fā)散角只有10－3rad，在垂直于激光束的平面上，平均每平方厘米面積的功率達到109W。激光的這一特性有哪些應(yīng)用價值？請你舉例說明。提示：可以應(yīng)用到激光焊接、激光切割、激光治療、激光打孔等方面。二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1．

一束激光照在一個很小的不透明的圓盤上，在屏上觀察到：在影的

中心有一個亮斑，這就是著名的“泊松亮斑”，如圖所示?！安此?/p>

亮斑”的形成說明了光

(

)A．能發(fā)生衍射

B．能發(fā)生干涉C．能發(fā)生偏振

D．沿直線傳播解析：當用激光照射很小的不透明圓盤時，在圓盤后屏上的陰影中心出現(xiàn)了一個亮斑，亮斑的周圍是明暗相間的環(huán)狀條紋，這就是泊松亮斑。說明光線偏離原來的直線方向傳播，是激光繞過不透光的圓盤發(fā)生衍射形成的，故A正確，B、C、D錯誤。答案：A

2．

夜晚，汽車前燈發(fā)出的強光將迎面駛來的汽車司機照得睜不開

眼，嚴重影響行車安全(如圖)。若考慮將汽車前燈玻璃改用偏

振玻璃，使射出的燈光變?yōu)槠窆?；同時汽車前窗玻璃也采用偏振玻璃，使對面車燈的光線不能進入車內(nèi)，但還要能看清自己車燈發(fā)出的光所照亮的物體。假設(shè)所有的汽車前