2022-2023年鲁科版(2019)新教材高中物理选择性必修1 第5章光的干涉衍射和偏振第4~5节光的偏振 激光与全息照相课件

第4节光的偏振第5节激光与全息照相一、偏振现象【思考】

自然光通过一个偏振片后,光的强度与偏振片的方向有关吗?提示:无关.1.偏振现象:如果横波只沿着某一个_____的方向振动,在物理学上就叫作波的偏振,只有横波才有这个特性.2.偏振片:(1)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,所以不显示_____性,这样的光叫自然光.(2)偏振片和偏振光:偏振片是只让某一方向振动的光通过,而不让其他方向振动的光通过的一种光学元件.让自然光通过偏振片就可以获得_____光.(3)起偏器和检偏器:用于获得_____光的偏振片叫起偏器.为了检查通过起偏器的光是不是偏振光,可以在起偏器后面再放一个偏振片,这个偏振片叫检偏器.特定偏振偏振偏振二、偏振现象的应用1.立体电影.2.偏振镜.3.检查力的分布情况.4.地震预报.三、激光及其特性1.激光:激光是原子受激辐射产生的光,激光光束中所有的光子都是相互关联的,它们的频率一致、相位一致、_________一致、传播方向一致.2.特性:单色性好、方向性强、_____高等.偏振方向亮度四、激光的应用1.生活中:用激光读取CD、VCD等中的信息,还可用于通信.2.医疗中:用激光器进行治疗疾病、整容美容.3.军事上:激光制导、激光测距等.4.科技上:用激光实现热核聚变,研究引力波等.五、全息照相1.全息照相是应用_________实现的.2.全息照相与普通照相相比的几个突出特点:(1)观察再现的图像时,看到的_________图像和原来的物体几乎一模一样.(2)如果发现一个物体部分被遮挡了,你只要改变一下角度,就能观察到被遮挡的部分.(3)如果一张全息照片的大部分损失或丢失,只留下一小部分,从这一小部分照片仍可_______________.(4)可以在同一张底片上记录_________,再现时可以在不同的角度上分别观察到两个不同物体的像而不互相干扰.光的干涉三维立体再现原物的全貌多张图像一偏振现象的分析1.偏振现象:对于横波通过狭缝的情况,只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时,横波才能无阻碍地通过狭缝,而当狭缝的方向与横波质点的振动方向垂直时,横波不能通过狭缝,说明偏振是横波特有的现象.

2.自然光与偏振光的区别:自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿所有方向,且沿各个方向振动的光强度都相同在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿某一特定方向(与起偏器透振方向一致)【思考·讨论】如图所示是立体电影中的图片.为什么立体电影产生如此神奇的效果? (物理观念)提示:在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片.【典例示范】如图所示,两光屏间放有两个偏振片,它们四者平行共轴,现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上,再使偏振片Q绕轴匀速转动一周,则关于光屏上光的亮度变化情况,下列说法中正确的是 (

)A.光屏上光的亮度保持不变B.光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动C.光屏上有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线D.光屏上光的亮度会时亮时暗【解题探究】(1)光的振动方向与偏振片的透振方向间的夹角为0°时透射光如何?提示:透射光最强.(2)光的振动方向与偏振片的透振方向间的夹角为90°时透射光如何?提示:光完全不能透过.【解析】选D.太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上,再使偏振片Q绕轴匀速转动一周,当偏振片P与偏振片Q垂直时,光屏没有亮度,则光屏上光的亮度从亮到暗,再由暗到亮,所以光屏上光的亮度会时亮时暗,故A、B错误,D正确;太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上,再使偏振片Q绕轴匀速转动一周,当偏振片P与偏振片Q垂直时,光屏没有亮度,则光屏上光的亮度从亮到暗,再由暗到亮,不可能出现光的衍射现象,所以光屏上不可能有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线,故C错误;故选D.【规律方法】获取偏振光的方法(1)让自然光通过一块偏振片.(2)让自然光射到两种介质的交界面上,使反射光与折射光垂直时,反射光就是偏振光.(3)让自然光射到两种介质的交界面上,当反射光与折射光垂直时,折射光经过多次折射以后就是偏振光.【素养训练】1.将两个偏振片紧靠在一起,把它们放在一盏灯(自然光)前面,眼睛透过偏振片看到灯光很微弱.如果将其中一个偏振片旋转180°,在旋转过程中会观察到的现象是 (

)A.灯光逐渐增强,然后又逐渐减弱B.灯光逐渐增强,然后减到零C.灯光逐渐增强,没有变弱现象D.灯光逐渐增强,再减弱,然后又增强到较亮【解析】选A.起偏器和检偏器的偏振方向垂直时,没有光通过;偏振方向平行时,光强达到最大.当其中一个偏振片转动180°的过程中,两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直,所以通过的光强先增强,然后又逐渐减弱.故A正确,B、C、D错误.2.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,则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有变化,B不变D.A不变,B有变化【解析】选D.白炽灯的光线沿各个方向都有,旋转偏振片P,A点光的强度不会变化,而光线通过P以后会变成单一方向,因此通过Q的光线在B点强度会发生变化,所以选D.【补偿训练】

1.下列关于偏振光的说法中正确的是 (

)A.自然光就是偏振光B.沿着一个特定方向传播的光叫偏振光C.沿着一个特定方向振动的光叫偏振光D.单色光就是偏振光【解析】选C.自然光不是偏振光,A错;沿着一个特定方向振动的光叫偏振光,单色光不一定是偏振光,故C正确,B、D错误.2.(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】选B、D.自然光沿各个方向都是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是沿着某一特定方向振动的光.从电灯发出的光是自然光,则选项A错误;它通过A后,变成偏振光,则选项B正确;在P处看不到光亮,则A、B的透振方向垂直.若将B转过180°后,两偏振片透振方向仍垂直,仍看不到光亮.若将B转过90°后,两偏振片透振方向一致,能看到光亮,故选项C错误,选项D正确.二激光及其应用1.激光及其产生:(1)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,两列相同的激光相遇可以发生干涉,激光是相干光.(2)在现代科学技术中用多次反射和折射在激光器内产生振荡而发出激光.(3)激光是人工产生的光,自然界中的发光体不能发出激光.

2.激光的特点及其应用:特点(与普通光相比)特点内容应用相干性好频率单一,相差恒定,易发生干涉现象,可像无线电波一样调制光纤通信光的干涉激光全息照相平行度好激光的方向性非常好,是一束几乎不发散的平行光,可以会聚到很小的点上测距和跟踪目标、DVD、CD唱片、计算机光盘亮度高激光能在很小的空间、很短的时间内集中很大的能量“光刀”激发核反应【思考·讨论】如图所示是某商品的条形码,售货员用条形码扫描仪对着条形码一扫,就可以进行结算.请简单说说其中的道理.

(科学探究)提示:售货员用条形码扫描仪发出的激光对着条形码扫一下,由于黑条、空白条对激光的反射能力不同,这一商品条形码所反射的激光就把其信息输入电脑,商品的名称、价格就显示在收银机的屏幕上,售货员就可依据显示价格进行结算.【典例示范】

(多选)将激光束的宽度聚焦到纳米级(10-9m)范围内,可修复人体已损坏的器官,可对DNA分子进行超微型基因修复,把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除,以上功能是利用了激光的 (

)A.单色性好 B.平行度好C.粒子性 D.高能量【解析】选B、D.由几何光学可知,平行度越好的光束经聚焦得到的光斑尺寸越小,经聚焦后无色散像差,使光斑尺寸进一步缩小,可达微米级以下,甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”,故A项不合题意,B项符合题意;激光束的发散角很小,几乎是一平行的光线;激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中,从而可将激光束制成激光手术刀;故C项不合题意,D项符合题意.【素养训练】1.关于激光的应用,下列说法正确的是 (

)A.全息照片拍摄是利用了激光的全反射原理B.利用激光是相干光,可以用在雷达上进行精确的测距C.由于激光平行度好,它能像无线电波那样被调制,用来传递信息D.利用激光亮度高,可以用在医学上做光刀切除肿瘤,或“焊接”剥落的视网膜【解析】选D.全息照片拍摄是利用了激光的频率单一相干性好能够产生明显的干涉,故A错误;利用激光平行度好,可以用在雷达上进行精确的测距,故B错误;利用激光相干性好,它能像无线电波那样被调制,用来传递信息,故C错误;利用激光强度大、能量集中,可以用在医学上做光刀切除肿瘤,或“焊接”剥落的视网膜,故D正确.2.(多选)激光火箭的体积小,却可以装载更大、更重要的卫星或飞船,激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供,通过一套装置,像手电筒一样,让激光束射入火箭发动机的燃烧室,使推进剂受热而急剧膨胀,于是形成一股高温高压的燃气流,以极大的速度喷出,产生巨大的推力,把卫星或飞船送入太空.激光火箭利用了激光的 (

)A.单色性好 B.平行度高C.高能量 D.相干性好【解析】选B、C.由于激光站与卫星相隔距离远,为了减少能量损失,必须使激光具有很好的平行度,同时使用激光的高能量.所以选B、C.【补偿训练】

1.关于激光的应用问题,下列说法中正确的是 (

)A.全息照相是利用激光平行度非常好的特点B.利用强激光产生的高压使得可控核聚变成为可能C.用激光束来切割或焊接较硬的材料是利用激光平行度好的特点D.“激光测距雷达”和用激光读取DVD光盘上的信息是利用激光有相干性的特点【解析】选B.全息照相利用了激光相干性好的特性,是光的干涉现象,故A错误;由于激光的频率较高,能量较高,所以人工控制核聚变的一个可能实现途径是利用强激光产生的高压引起核聚变,故B正确;用激光束来切割或焊接较硬的材料是利用激光亮度高的特点,故C错误;“激光测距雷达”和用激光读取DVD光盘上的信息是利用激光平行度好的特点,故D错误.故选B.2.下列说法正确的是 (

)A.光的偏振现象说明光是一种纵波B.雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的,这是光的折射现象C.激光全息照相利用了激光相干性好的特性D.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由红光改为绿光,则干涉条纹间距变宽【解析】选C.光的偏振现象说明光是一种横波,A项错误;雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的,这是光的薄膜干涉现象,B错误;激光全息照相利用了激光的频率相同的特点,进行叠加干涉而形成的,C正确;在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由红光改为绿光,波长变短,则干涉条纹间距变窄,D错误.【课堂回眸】1.(多选)科学家利用激光干涉方法探测到由于引力波引起的干涉条纹的变化,这是引力波存在的直接证据.关于激光,下列说法中正确的是 (

)A.激光平行度好,可以测量月球到地球的距离B.激光相干性好,任何两束激光都能发生干涉C.激光是人工制造的原子受激辐射的光,不是偏振光D.激光全息照相是利用光的干涉,记录物体三维图像的信息【解析】选A、D.激光平行度好,易直线传播,故可以用来测量月球到地球的距离,A正确;激光相干性好,只有频率相同的两束激光才会发生干涉,B错误;激光是人造光,也是偏振光,C错误;激光全息照相是利用光的干涉记录物体三维图像的信息,D正确.2.下面关于光的偏振现象的应用正确的是 (

)A.立体电影利用了光的干涉现象B.为了增加光的透射率,照相机镜头表面的镀膜是利用了光的偏振现象C.茶色眼镜利用了光的偏振现象D.拍摄日落时水面下的景物时,在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响【解析】选D.放映的时候也是用双镜头放映机,其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振光片,观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振光片,这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像,故A错误;照相机的增透膜,使得反射光发生干涉从而使其减弱,所以反射光的光程差等于光在增透膜中的波长的,则厚度通常为绿光在增透膜中波长的,是光的干涉现象,故B错误;茶色眼镜利用了金属化合物在玻璃中变化而形成的色彩,故C错误;拍摄日落时水面下的景物时,为防止反射光,在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响,故D正确.故选D.3.(多选)以下有关光的现象的说法正确的是 (