高中物理鲁科版选择性必修第一册课件第5章第4节光的偏振第5节激光与全息照相

第4节光的偏振第5节激光与全息照相第5章2021内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标思维导图1.观察光的偏振现象,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。(科学探究、物理观念)2.知道激光的特点及其应用。(物理观念)课前篇自主预习自主阅读一、光的偏振1.偏振现象(1)偏振:横波只沿着某一个特定的方向振动的现象。(2)偏振片和透振方向偏振片是只让某一方向振动的光通过的一种光学元件。通常把这个透光方向称为偏振片的透振方向。(3)光的偏振现象说明,光是一种横波。(4)自然光在垂直于传播方向的平面内,光波可沿任何方向振动,光振动在平面内的分布是大致均匀的,这样的光称为自然光。(5)偏振光①概念:在垂直于传播方向的平面内,只沿着某一个特定的方向振动的光。②获得方法:a.自然光通过偏振片后就能获得偏振光。让自然光通过偏振片后,只有振动方向与透振方向一致的光波才能完全通过,而振动方向与透振方向垂直的光波则完全不能通过。b.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。(6)起偏器和检偏器用于获得偏振光的偏振片叫起偏器,用于检查通过起偏器的光是不是偏振光的偏振片叫检偏器。2.偏振现象的应用(1)制作偏振镜,如观众戴上偏振镜观看立体电影;为了消除物体表面反射光的影响,在相机镜头前安装一片偏振滤光片,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,减弱了反射光进入镜头,使像更清晰。(2)检查力的分布情况,如根据偏振光通过受力的塑料或玻璃时,偏振方向会变化,人们制作车辆、桥梁模型来检查它们的受力分布情况,为设计和制作提供重要参数。二、激光与全息照相1.激光及其特性激光是原子受激辐射产生的光,激光光束中所有光子的频率一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致,所以激光具有单色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特点。2.激光的应用(1)激光音乐喷泉(2)激光扫描条形码(3)激光测量(4)激光治疗3.全息照相全息照相是应用光的干涉实现的。作为光源的激光被分成两部分:一部分通过凹透镜发散后射至胶片上;另一部分射向一个平面镜,经反射后通过另一个凹透镜发散后射向被拍摄的物体。该物体把光反射到胶片上,并与第一束光发生干涉,两束光干涉的结果就在胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息,这就是全息照片。自我检测1.正误判断(1)自然光是偏振光。(

)答案

×(2)光的偏振现象说明光是横波。(

)答案

√(3)激光是人工产生的相干光,其单色性好、相干性好。(

)答案

√2.(多选)对于激光的认识,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.激光已经深入我们生活的各个方面解析

普通光源不能产生激光,A错误;激光要通过人工控制才能产生,B错误,C正确;激光具有单色性好、相干性好、方向性好、亮度高的特点,已深入我们生活的各个方面,D正确。答案

CD课堂篇探究学习探究一自然光和偏振光的比较情境探究在观看立体电影时,观众要戴上特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片。如果不戴这副眼镜,银幕上的图像就模糊不清了。这是为什么?要点提示

立体电影的光是偏振光。因为光是横波,只有与偏振片透振方向一致的光才能通过。知识归纳1.振动方向比较自然光在垂直于光的传播方向的平面内,沿所有方向振动;偏振光在垂直于光的传播方向的平面内,沿某一特定的方向振动。2.经过偏振片时现象比较如图甲,自然光通过偏振片后变成偏振光,后面的屏是明亮的,转动偏振片时,偏振光的振动方向随之变化,但屏上亮度不变。甲

如图乙、丙,偏振光经过偏振片时,若光的振动方向与偏振片的透振方向平行,屏是亮的;若光的振动方向与偏振片的透振方向垂直,屏是暗的;若既不平行也不垂直,屏的亮度介于两者之间,随着振动方向与透振方向的夹角变大,亮度逐渐变暗。3.自然光、偏振光产生方式的比较太阳、电灯等直接发出的光是自然光;自然光经偏振片后都是偏振光。

不论是自然光还是偏振光,传播方向与振动方向一定垂直。

典例剖析例题1(多选)如图所示,电灯S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向,看不到光亮,则(

)A.图中a光为偏振光B.图中b光为偏振光C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮解析

自然光沿各个方向振动是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只有沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光,则选项A错误;它通过偏振片A后,即变为偏振光,则选项B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,则偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光,则P点无光亮,将B转过180°后,在P处看不到光亮,即选项C错误;若将B转过90°,则该偏振片将变为能通过竖直方向振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处可看到光亮,选项D正确。答案

BD规律方法

对偏振光的理解(1)自然光通过一个偏振片成为偏振光,透射光的偏振方向与偏振片的放置有关,但光的强度与偏振片的方向无关。(2)偏振光通过偏振片时,透光的强度与偏振方向和偏振片方向的夹角大小有关。变式训练1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不变解析

白炽灯光是自然光,包含各个方向的光,且各个方向的光强度相等,所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同,故A点光的强度不变;白炽灯光经偏振片P后为偏振光,此时只有偏振片Q与P的偏振方向一致时偏振光才能完全透过Q,因此在旋转P时B点的光强有变化,选项C正确。答案

C探究二激光及应用情境探究激光切割技术已广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高加工质量。现代的激光成了人们所幻想追求的削铁如泥的“宝剑”,那么,激光切割是利用了激光的什么特点来完成的?要点提示

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。知识归纳1.激光的产生激光是物质的原子受激辐射产生的光,其光束内所有光子的频率、相位、偏振方向、传播方向都一致。2.激光的特点(1)单色性好,相干性好。激光是很好的单色光源和相干光源。(2)方向性好。从激光器发出的激光具有极好的平行性,几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。传播几千米后,激光斑扩展范围不过几厘米,而相同条件下,探照灯的光束能扩展到几十米范围。(3)亮度高。激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,是目前最亮的光源。典例剖析例题2让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,就可以读取光盘上记录的信息,经过处理后还原成声音和图像,这是利用了激光的(

)A.平行度好,可以会聚到很小的一点上B.相干性好,可以很容易形成干涉图样C.亮度高,可以在很短的时间内集中很大的能量D.波长短,很容易发生明显的衍射现象解析

激光的平行度好,容易会聚成一个很小的光点,让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,传感器把光盘反射的光转化为电信号进行处理,还原出声音或图像,只有选项A正确。答案

A变式训练2(多选)关于激光,下列说法正确的是(

)A.激光是用人工方法激发出的一种特殊的光B.自然界中某些天然物体也可以发出激光C.激光可以像刀子一样切除肿瘤D.由于激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象解析

激光是用人工方法激发的一种特殊的光,具有很强的相干性,故选项A正确;普通光源发出的光是自然光,故选项B错误;医用光刀利用激光方向性好、亮度高、能量强等特点切除肿瘤,故选项C正确;激光是一种特殊的光,光的一切规律都可以直接应用于激光,故选项D错误。答案

AC当堂检测1.(多选)关于自然光和偏振光,以下说法正确的是(

)A.自然光包含着在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同B.偏振光是垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光C.自然光透过两个偏振片后可还原为自然光D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光解析

自然光沿各振动方向的光波的强度相同,选项A错误;偏振光在垂直于传播方向上,只沿某一特定方向振动,选项B正确;自然光透过偏振片后成为偏振光,偏振光透过偏振片后不能还原为自然光,选项C错误;太阳、电灯等普通光源发出的是自然光,选项D正确。答案

BD2.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(

)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,当反射光与折射光之间的夹角恰好是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光片可以使景象更清晰D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹解析

通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现象,与偏振无关,故选项D不符合题目要求。答案

D3.关于激光的应用问题,下列说法正确的是(

)A.光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制,使其在光导纤维中进行传递信息B.计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的C.医学中用激光做“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解析

光纤通信主要利用激光的相干性,故选项A错误;计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好,故选项B错误;医疗中的激光“光刀”利用了激光亮度高的特点,故选项C正确;激光测距利用激光的平行性好,故选项D错误。答案

C4.关于自然光和偏振光,下列观点正确的是(

)A.自然光能产生干涉和衍射现象,而偏振光却不能B.只有自然光透过偏振片才能获得偏振光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

振动沿各个方向均匀分布的光是自然光,而振动沿着特定方向的光是偏振光,但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射,所以A错;光的偏振现象并不罕见,除了从光源直接发出的光以外,我们通常看到的很多光,都是偏振光,所以B错;光的颜色由光的频率决定,与光的振动方向无关,所以C错;自然光和偏振光都具有能量,都能使感光底片感光,D正确。答案

D5.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.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