高中物理魯科版選擇性必修第一冊課件第5章第4節(jié)光的偏振第5節(jié)激光與全息照相

第4節(jié)光的偏振第5節(jié)激光與全息照相第5章2021內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習(xí)課堂篇探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.觀察光的偏振現(xiàn)象,知道偏振光和自然光的區(qū)別,能運(yùn)用偏振知識來解釋生活中一些常見的光學(xué)現(xiàn)象。(科學(xué)探究、物理觀念)2.知道激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用。(物理觀念)課前篇自主預(yù)習(xí)自主閱讀一、光的偏振1.偏振現(xiàn)象(1)偏振:橫波只沿著某一個(gè)特定的方向振動(dòng)的現(xiàn)象。(2)偏振片和透振方向偏振片是只讓某一方向振動(dòng)的光通過的一種光學(xué)元件。通常把這個(gè)透光方向稱為偏振片的透振方向。(3)光的偏振現(xiàn)象說明,光是一種橫波。(4)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(dòng),光振動(dòng)在平面內(nèi)的分布是大致均勻的,這樣的光稱為自然光。(5)偏振光①概念:在垂直于傳播方向的平面內(nèi),只沿著某一個(gè)特定的方向振動(dòng)的光。②獲得方法:a.自然光通過偏振片后就能獲得偏振光。讓自然光通過偏振片后,只有振動(dòng)方向與透振方向一致的光波才能完全通過,而振動(dòng)方向與透振方向垂直的光波則完全不能通過。b.自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時(shí),反射光和折射光都是偏振光。(6)起偏器和檢偏器用于獲得偏振光的偏振片叫起偏器,用于檢查通過起偏器的光是不是偏振光的偏振片叫檢偏器。2.偏振現(xiàn)象的應(yīng)用(1)制作偏振鏡,如觀眾戴上偏振鏡觀看立體電影;為了消除物體表面反射光的影響,在相機(jī)鏡頭前安裝一片偏振濾光片,讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直,減弱了反射光進(jìn)入鏡頭,使像更清晰。(2)檢查力的分布情況,如根據(jù)偏振光通過受力的塑料或玻璃時(shí),偏振方向會變化,人們制作車輛、橋梁模型來檢查它們的受力分布情況,為設(shè)計(jì)和制作提供重要參數(shù)。二、激光與全息照相1.激光及其特性激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光,激光光束中所有光子的頻率一致、相位一致、偏振方向一致、傳播方向一致,所以激光具有單色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特點(diǎn)。2.激光的應(yīng)用(1)激光音樂噴泉(2)激光掃描條形碼(3)激光測量(4)激光治療3.全息照相全息照相是應(yīng)用光的干涉實(shí)現(xiàn)的。作為光源的激光被分成兩部分:一部分通過凹透鏡發(fā)散后射至膠片上;另一部分射向一個(gè)平面鏡,經(jīng)反射后通過另一個(gè)凹透鏡發(fā)散后射向被拍攝的物體。該物體把光反射到膠片上,并與第一束光發(fā)生干涉,兩束光干涉的結(jié)果就在膠片上記錄下被拍攝物體的三維圖像信息,這就是全息照片。自我檢測1.正誤判斷(1)自然光是偏振光。(

)答案

×(2)光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波。(

)答案

√(3)激光是人工產(chǎn)生的相干光,其單色性好、相干性好。(

)答案

√2.(多選)對于激光的認(rèn)識,以下說法正確的是(

)A.普通光源發(fā)出的光都是激光B.激光是自然界普遍存在的一種光C.激光是一種人工產(chǎn)生的相干光D.激光已經(jīng)深入我們生活的各個(gè)方面解析

普通光源不能產(chǎn)生激光,A錯(cuò)誤;激光要通過人工控制才能產(chǎn)生,B錯(cuò)誤,C正確;激光具有單色性好、相干性好、方向性好、亮度高的特點(diǎn),已深入我們生活的各個(gè)方面,D正確。答案

CD課堂篇探究學(xué)習(xí)探究一自然光和偏振光的比較情境探究在觀看立體電影時(shí),觀眾要戴上特制的眼鏡,這副眼鏡就是一對透振方向相互垂直的偏振片。如果不戴這副眼鏡,銀幕上的圖像就模糊不清了。這是為什么?要點(diǎn)提示

立體電影的光是偏振光。因?yàn)楣馐菣M波,只有與偏振片透振方向一致的光才能通過。知識歸納1.振動(dòng)方向比較自然光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),沿所有方向振動(dòng);偏振光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),沿某一特定的方向振動(dòng)。2.經(jīng)過偏振片時(shí)現(xiàn)象比較如圖甲,自然光通過偏振片后變成偏振光,后面的屏是明亮的,轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí),偏振光的振動(dòng)方向隨之變化,但屏上亮度不變。甲

如圖乙、丙,偏振光經(jīng)過偏振片時(shí),若光的振動(dòng)方向與偏振片的透振方向平行,屏是亮的;若光的振動(dòng)方向與偏振片的透振方向垂直,屏是暗的;若既不平行也不垂直,屏的亮度介于兩者之間,隨著振動(dòng)方向與透振方向的夾角變大,亮度逐漸變暗。3.自然光、偏振光產(chǎn)生方式的比較太陽、電燈等直接發(fā)出的光是自然光;自然光經(jīng)偏振片后都是偏振光。

不論是自然光還是偏振光,傳播方向與振動(dòng)方向一定垂直。

典例剖析例題1(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光為偏振光B.圖中b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

自然光沿各個(gè)方向振動(dòng)是均勻分布的,通過偏振片后,透射光是只有沿著某一特定方向振動(dòng)的光。從電燈直接發(fā)出的光為自然光,則選項(xiàng)A錯(cuò)誤;它通過偏振片A后,即變?yōu)槠窆?則選項(xiàng)B正確;設(shè)通過A的光沿豎直方向振動(dòng),則偏振片B只能通過沿水平方向振動(dòng)的偏振光,則P點(diǎn)無光亮,將B轉(zhuǎn)過180°后,在P處看不到光亮,即選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若將B轉(zhuǎn)過90°,則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^豎直方向振動(dòng)的光的偏振片,則偏振光能通過B,即在P處可看到光亮,選項(xiàng)D正確。答案

BD規(guī)律方法

對偏振光的理解(1)自然光通過一個(gè)偏振片成為偏振光,透射光的偏振方向與偏振片的放置有關(guān),但光的強(qiáng)度與偏振片的方向無關(guān)。(2)偏振光通過偏振片時(shí),透光的強(qiáng)度與偏振方向和偏振片方向的夾角大小有關(guān)。變式訓(xùn)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(diǎn)位于P、Q之間,B點(diǎn)位于Q右側(cè)。旋轉(zhuǎn)偏振片P,A、B兩點(diǎn)光的強(qiáng)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

白熾燈光是自然光,包含各個(gè)方向的光,且各個(gè)方向的光強(qiáng)度相等,所以旋轉(zhuǎn)偏振片P時(shí)各方向透射光強(qiáng)度相同,故A點(diǎn)光的強(qiáng)度不變;白熾燈光經(jīng)偏振片P后為偏振光,此時(shí)只有偏振片Q與P的偏振方向一致時(shí)偏振光才能完全透過Q,因此在旋轉(zhuǎn)P時(shí)B點(diǎn)的光強(qiáng)有變化,選項(xiàng)C正確。答案

C探究二激光及應(yīng)用情境探究激光切割技術(shù)已廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中,可大大減少加工時(shí)間,降低加工成本,提高加工質(zhì)量?，F(xiàn)代的激光成了人們所幻想追求的削鐵如泥的“寶劍”,那么,激光切割是利用了激光的什么特點(diǎn)來完成的?要點(diǎn)提示

激光的亮度高,可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量,可以用于切割、焊接以及在堅(jiān)硬材料上打孔等。知識歸納1.激光的產(chǎn)生激光是物質(zhì)的原子受激輻射產(chǎn)生的光,其光束內(nèi)所有光子的頻率、相位、偏振方向、傳播方向都一致。2.激光的特點(diǎn)(1)單色性好,相干性好。激光是很好的單色光源和相干光源。(2)方向性好。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(kuò)展范圍不過幾厘米,而相同條件下,探照燈的光束能擴(kuò)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(shí)間內(nèi)集中很大的能量,是目前最亮的光源。典例剖析例題2讓激光照射到VCD機(jī)、CD機(jī)、DVD機(jī)或計(jì)算機(jī)的光盤上,就可以讀取光盤上記錄的信息,經(jīng)過處理后還原成聲音和圖像,這是利用了激光的(

)A.平行度好,可以會聚到很小的一點(diǎn)上B.相干性好,可以很容易形成干涉圖樣C.亮度高,可以在很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量D.波長短,很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象解析

激光的平行度好,容易會聚成一個(gè)很小的光點(diǎn),讓激光照射到VCD機(jī)、CD機(jī)、DVD機(jī)或計(jì)算機(jī)的光盤上,傳感器把光盤反射的光轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行處理,還原出聲音或圖像,只有選項(xiàng)A正確。答案

A變式訓(xùn)練2(多選)關(guān)于激光,下列說法正確的是(

)A.激光是用人工方法激發(fā)出的一種特殊的光B.自然界中某些天然物體也可以發(fā)出激光C.激光可以像刀子一樣切除腫瘤D.由于激光的方向性好,所以激光不能發(fā)生衍射現(xiàn)象解析

激光是用人工方法激發(fā)的一種特殊的光,具有很強(qiáng)的相干性,故選項(xiàng)A正確;普通光源發(fā)出的光是自然光,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;醫(yī)用光刀利用激光方向性好、亮度高、能量強(qiáng)等特點(diǎn)切除腫瘤,故選項(xiàng)C正確;激光是一種特殊的光,光的一切規(guī)律都可以直接應(yīng)用于激光,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案

AC當(dāng)堂檢測1.(多選)關(guān)于自然光和偏振光,以下說法正確的是(

)A.自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光,但是沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度可以不同B.偏振光是垂直于傳播方向上,只沿著某一特定方向振動(dòng)的光C.自然光透過兩個(gè)偏振片后可還原為自然光D.太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光解析

自然光沿各振動(dòng)方向的光波的強(qiáng)度相同,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;偏振光在垂直于傳播方向上,只沿某一特定方向振動(dòng),選項(xiàng)B正確;自然光透過偏振片后成為偏振光,偏振光透過偏振片后不能還原為自然光,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;太陽、電燈等普通光源發(fā)出的是自然光,選項(xiàng)D正確。答案

BD2.光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波,下列現(xiàn)象中不能反映光的偏振特性的是(

)A.一束自然光相繼通過兩個(gè)偏振片,以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片,透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化B.一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上,當(dāng)反射光與折射光之間的夾角恰好是90°時(shí),反射光是偏振光C.日落時(shí)分,拍攝水面下的景物,在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振光片可以使景象更清晰D.通過手指間的縫隙觀察日光燈,可以看到彩色條紋解析

通過手指間的縫隙觀察日光燈,可以看到彩色條紋,這是光的衍射現(xiàn)象,與偏振無關(guān),故選項(xiàng)D不符合題目要求。答案

D3.關(guān)于激光的應(yīng)用問題,下列說法正確的是(

)A.光纖通信是應(yīng)用激光平行度非常好的特點(diǎn)對信號進(jìn)行調(diào)制,使其在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行傳遞信息B.計(jì)算機(jī)內(nèi)“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用了激光有相干性的特點(diǎn)來進(jìn)行的C.醫(yī)學(xué)中用激光做“光刀”來切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)D.“激光測距雷達(dá)”利用激光測量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)解析

光纖通信主要利用激光的相干性,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上的信息主要應(yīng)用了激光的平行度好,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;醫(yī)療中的激光“光刀”利用了激光亮度高的特點(diǎn),故選項(xiàng)C正確;激光測距利用激光的平行性好,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案

C4.關(guān)于自然光和偏振光,下列觀點(diǎn)正確的是(

)A.自然光能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象,而偏振光卻不能B.只有自然光透過偏振片才能獲得偏振光C.自然光只能是白色光,而偏振光不能是白色光D.自然光和偏振光都能使感光底片感光解析

振動(dòng)沿各個(gè)方向均勻分布的光是自然光,而振動(dòng)沿著特定方向的光是偏振光,但自然光和偏振光都能發(fā)生干涉、衍射,所以A錯(cuò);光的偏振現(xiàn)象并不罕見,除了從光源直接發(fā)出的光以外,我們通常看到的很多光,都是偏振光,所以B錯(cuò);光的顏色由光的頻率決定,與光的振動(dòng)方向無關(guān),所以C錯(cuò);自然光和偏振光都具有能量,都能使感光底片感光,D正確。答案

D5.在拍攝日落時(shí)水面下的景物時(shí),應(yīng)在照相機(jī)鏡頭前裝一個(gè)偏振片,其目的是(

)A.減弱反射光,從而使景物的像清晰B.增強(qiáng)反射光,從而使景物的像清晰C.增強(qiáng)透射光,從而使景物的像清晰D.減弱透射光,從而使景物的像清晰解析

由于反射光的干擾,景物的像常常比較模糊,裝上偏振片的目的是減弱反射光,且透振方向與反射光的振動(dòng)方向垂直,但不能增強(qiáng)透射光