2023-2024学年鲁科版选择性必修第一册 第5章 第4、5节 光的偏振 激光与全息照相 学案

第4、5节光的偏振激光与全息照相核心素养目标1.了解波的偏振现象，知道偏振是横波的特有性质。知道光的偏振现象，知道光是横波。2.知道偏振光和自然光的区别，了解偏振光在实际中的应用。3.了解激光的产生原理和主要特点，知道激光的特性和应用。4.了解全息照相的原理、特点及应用。知识点一光的偏振1．偏振现象(1)波的偏振：如果横波只沿着某一特定的方向振动，在物理学上就叫作波的偏振。(2)只有横波才有偏振的特性。2．光的偏振(1)偏振片：只让某一方向振动的光通过的一种光学元件。(2)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大致均匀的，这样的光称为自然光。(3)偏振光①自然光通过偏振片(起偏器)之后，只有振动方向与透振方向一致的光波才能完全通过。自然光通过偏振片后，就能获得偏振光。②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。3．偏振现象的应用：立体电影，照相机镜头前的偏振镜，检查力的分布情况。知识点二激光与全息照相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、方向性强、亮度高等特点。2．激光的应用(1)读取DVD光盘上记录的信息；(2)在联网的计算机的通信系统中收发电子邮件；扫描条形码购物；(3)医院里的激光器治疗疾病；(4)军事领域中的激光制导炸弹、测量距离、跟踪目标、传递军事情报等。3．全息照相(1)全息照相的原理：全息照相是利用光的干涉实现的。(2)全息照相与普通照相相比具有的突出特点①观察再现的图像时，看到的三维立体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，便能观察到被遮挡的部分。③如果一张全息照片的大部分被损坏或丢失，只留下一小部分，从这一小部分照片仍可再现原物的全貌。④可在同一张底片上记录多张图像，再现时可在不同的角度分别观察到多个不同的像而不互相干扰。图甲所示为立体电影中的精彩镜头，观众必须戴上特制的“3D”眼镜观看才会产生立体感，使观众有身临其境的体验；图乙所示为城市高楼上安装的激光灯点缀夜景；图丙所示为全息照片。(1)用“3D”眼镜观看立体电影应用了光的偏振原理。(√)(2)城市高楼上安装的激光灯点缀夜景利用了激光的方向性好、亮度高的特点。(√)(3)全息照相技术是应用光的衍射实现的。(×)要点一光的偏振现象的理解及应用如图所示，一束自然光通过起偏器(起偏器上用箭头表示其透振方向)照射到光屏上。请思考：上面各图中光屏亮暗情况怎样？提示：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垂直时不能够通过。(1)ABD图中光屏是亮的；(2)C图中光屏是暗的。1．光的偏振现象表明光是一种横波。2．偏振片和透振方向：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的透光方向，只有沿着这个特定方向振动的光才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。3．自然光与偏振光的比较自然光偏振光不同点光的来源直接从普通光源发出的光自然光通过偏振片(起偏器)后的光或由某种介质反射或折射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波的强度都相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某个特定方向相同点不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直【典例1】[多选]在图中，人眼隔着偏振片B、A去看一只发光的电灯泡S，一点透射光都看不到，那么，下列说法中正确的是()A．使A和B同时转过90°，仍然一点光都看不到B．仅使B转过90°过程中，看到光先变亮后变暗C．仅使B转过90°过程中，看到光逐渐变亮D．仅使A转动时，始终看不到透射光解析使A和B同时转过90°，仍不能看到透射光，原来人眼隔着检偏器B、起偏器A去看一只电灯泡S，无法看到透射光，说明两个偏振片正好垂直。现在同时转依然看不到，A正确；仅使B转过90°过程中，看到光逐渐变亮，B错误，C正确；仅使A转动时，渐渐看到透射光，D错误。答案AC|特别提醒|偏振片是由特殊材料制成的，每个偏振片都有特定的透振方向，沿与透振方向垂直振动的光不能透过偏振片。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：C自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同；只有沿着特定方向振动的光才是偏振光，所以选项C正确。2．夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼，严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与对面灯光的振动方向垂直，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施可行的是()A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的B．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是竖直的C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°D．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°解析：D若前窗玻璃的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平，从车灯发出的光经物体反射后将不能透过前窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，A错误；若前窗玻璃与车灯玻璃的透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照得司机睁不开眼，B错误；若前窗玻璃透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°，则车灯发出的光经物体反射后无法透进本车车窗内，却可以透进对面车的车窗内，C错误；若前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°，则车灯发出的光经物体反射后可以透进本车车窗内，且不可以透进对面车的车窗内，D正确。要点二激光的特点及应用据了解，我国在激光武器研发领域已经有五大核心技术领先于世界各国。我国的“死光A”重型激光武器系统，综合作战能力强，可以充分适用于陆战、海战和空战之中。请思考：激光武器利用了激光的哪些特性？提示：激光武器利用了激光的单色性好、方向性强、亮度(能量)高等特性。1．激光的产生：激光是原子受激辐射产生的光。2．激光的特点及其应用特点特点内容应用单色性好、相干性好激光是人工产生的相干光，其单色性好、相干性好。激光的频率单一、颜色特别纯。用激光做衍射、干涉实验，效果很好。光纤通信、光的干涉、激光全息照相方向性强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【典例2】[多选]关于激光的应用，下列说法中正确的是()A．光纤通信是应用激光相干好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递B．计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光方向性强的特点来进行的C．医学中用激光作“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好的特点，故A正确；计算机内的“磁头”可读出光盘上的信息主要应用了激光的方向性强的特点，故B正确；医疗中用激光作“光刀”和工业上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特点，故C正确；激光测距利用的是激光的方向性强的特点，故D错误。答案ABC1．对于激光的认识，以下说法中正确的是()A．普通光源发出的光都是激光B．激光是自然界中普遍存在的一种光C．激光是一种人工产生的相干光D．激光一定比普通光的强度大解析：C激光是原子受激辐射产生的光，是人工产生的一种相干光，与普通光源发出的光不同，故C正确，A、B错误；用途不同，不同激光的强度大小并不相同，激光的强度不一定比普通光大，D错误。2．[多选]关于激光与自然光，下列说法正确的是()A．激光的频率单一，而自然光是含有各种频率的光，所以激光的相干性好B．自然光是由物质的原子发射出来的，而激光是人工产生的，所以激光不是由物质的原子发射出来的C．激光和自然光都具有相同的本质，它们都是由原子的跃迁产生的D．相干性好是激光与普通光的根本区别解析：ACD激光的频率单一，相干性很好，自然光中含有各种频率的光，故A、D两项正确；激光和自然光都是由原子的跃迁产生的，故B项错误，C项正确。|要点回眸|1．如图所示，下列说法正确的有()A．如图甲，自然光由空气射入水面上，反射光不是偏振光B．如图乙，立体电影原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样C．如图丙，食用油对筷子的偏折程度比水对筷子的偏折程度大，所以食用油折射率小于水D．如图丁为光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样解析：D图甲所示为自然光由空气射入水面上，反射光是偏振光，故A错误；图乙所示反映了立体电影的原理是光的偏振，照相机镜头表面上增透膜的原理是光的干涉，故B错误；图丙所示食用油对筷子的偏折程度比水对筷子的偏折程度大，则食用油的折射率大于水的折射率，故C错误；图丁所示为光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样，故D正确。2．[多选]纳米技术是跨世纪的新技术，将激光束的宽度集中到纳米范围内，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。在该技术中，人们主要利用了激光的()A．单色性 B．方向性C．高亮度 D．杀菌作用解析：ABC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，另外，由几何光学可知，平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小，再加之激光单色性好，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、B、C正确。3．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：D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，D项错误。4．如图所示，白