光的偏振 激光（教学设计）-2025-2026学年高二物理上册人教版选择性必修第一册

4.6光的偏振激光教学设计

一、核心素养目标

1.物理观念

（1）通过实验观察与理论分析，明确自然光与偏振光的区别，建立“光具有横波特

性”的物理观念，理解偏振现象是横波特有的性质。

（2）掌握偏振光的产生、检测方法及应用场景，了解激光的三大特性（单色性好、相干

性强、亮度高），认识激光与自然光的本质差异。

（3）能运用偏振和激光的知识解释生活现象（如偏振墨镜、3D电影）和科技应用（如

激光切割、光纤通信），构建“波动特性一技术应用”的关联认知。

2.科学思维

（1）经历“观察偏振现象一提出横波猜想一实验验证一归纳规律”的思维过程，从

现象到本质推导光的横波属性，培养逻辑推理与科学论证能力。

（2）通过对比自然光与偏振光、激光与自然光的特性差异，建立分类思维，能从传

播规律、应用场景等角度区分不同类型的光，突破“光都是自然光”的认知误区。

（3）结合偏振片的工作原理和激光的特性，分析其在技术领域的应用逻辑，培养“特

性一应用”的推导思维，提升知识迁移与模型建构能力。

3.科学探究

（1）参与“探究光的偏振现象”实验，自主设计实验方案，利用偏振片、激光器、

自然光光源等器材，观察偏振片旋转时的光强变化，记录数据并分析规律，培养实验操

作与现象分析能力。

（2）开展“激光特性探究”小组活动，通过对比实验（如激光与太阳光的单色性、

相干性实验），验证激光的独特性质，培养合作探究与数据处理能力。

（3）自主设计“偏振现象的应用探究”任务，收集生活中偏振技术的实例，分析其

工作原理，提出创新应用设想，培养发现问题与解决问题的能力。

4.科学态度与社会责任

（1）通过了解偏振技术和激光技术在通信、医疗、工业、科研等领域的广泛应用，

认识物理规律对科技进步的推动作用，增强科技自信与学科兴趣。

（2）在实验探究中培养严谨求实的科学态度，尊重实验现象与数据，不主观臆断结

论，体会“实验是检验真理的重要手段”，养成规范操作、细致观察的实验习惯。

（3）结合激光技术的双面性（如医疗造福人类、激光武器的危害）.树立"科学技

术造福人类”的社会责任意识，认识合理利用科技的重要性。

二、教学重难点

1.教学重点

（1）光的偏振现象与横波特性：理解自然光通过偏振片后成为偏振光，偏振片旋转

时光强变化的规律，明确偏振现象是横波的特有属性。

（2）偏振光的产生与检测：掌握偏振光的两种产生方式（反射折射起偏、偏振片起

偏），学会用偏振片检测偏振光（旋转偏振片观察光强变化）。

（3）激光的特性与应用：牢记激光的单色性、相干性、高亮度三大核心特性，能结

合特性分析其在具体领域的应用原理（如相干性强用于干涉实验、高亮度用于切割）。

2.教学难点

（1）偏振现象的理解与解释：难以从微观角度理解自然光的振动特点（垂直于传播

方向沿任意方向振动），无法清晰解释“偏振片只允许特定方向振动的光通过”的原理。

（2）光的横波特性的推导：通过偏振现象推导光的横波属性，突破"声波是纵波，

光也可能是纵波”的思维定式，理解“横波才具有偏振现象”的内在逻辑。

（3）激光相干性的理解：相干性是激光的核心特性，难以理解“相干性强”的物理

意义（振动频率相同、相位差恒定），以及其在干涉、衍射实验中的优势。

（4）偏振技术的应用原理：如3D电影、偏振墨镜的工作原理，需要结合偏振光的

传播规律分析，对逻辑推理能力要求较高。

三、教学环节设计

（一）情境导入：偏振现象的生活感知

展示生活情境：①佩戴偏振墨镜观察水面反光，转动墨镜发现反光强度变化；②观

看3D电影时，摘下3D眼镜画面模糊，戴上后恢复清晰立体；③用手机摄像头拍摄电脑

屏幕，旋转手机时屏幕亮度变化。

提出问题链：“为什么转动偏振墨镜能减弱水面反光？”“3D眼镜的镜片有什么特

殊作用？”“手机拍摄电脑屏幕时亮度变化的原因是什么？”

教师总结：“这些现象都与光的偏振有关，而偏振现象背后隐藏着光的重要特性一

一横波属性。今天我们就来探究光的偏振现象，同时认识一种特殊的光一一激光。”引

出课题。

（二）概念建构一：光的偏振与横波特性

1.自然光与偏振光的振动特点

（1）自然光：普通光源（如太阳、电灯）发出的光，其振动方向垂直于光的传播方

向，且在垂直于传播方向的平面内沿任意方向振动，各个方向的振动强度相同。

（2）偏振光；振动方向只沿着某一特定方向的光，也叫线偏振光。其振动方向与传

播方向构成的平面称为振动面，偏振光的振动面是固定的。

（3）形象类比：将光的传播比作绳子振动传播，自然光如同绳子向各个方向振动，

偏振光如同绳子只沿一个固定方向振动。

2.偏振片的工作原理

（1）偏振片的结构：偏振片内部有特殊的透振方向（允许通过的光的振动方向），

相当于“栅栏”，只允许振动方向与透振方向平行的光通过，阻挡振动方向垂直的光。

（2）起偏与检偏：①起偏：自然光通过偏振片后成为偏振光，这个过程称为起偏，

该偏振片称为起偏器；②检偏：用另一块偏振片检测光是否为偏振光，旋转检偏器，若

光强发生变化（从亮到暗或从暗到亮），则入射光为偏振光，该偏振片称为检偏器。

3.实验探究：光的偏振现象

（1）实验器材：自然光光源（台灯）、两个偏振片（标注透振方向）、光屏、激光

器。

（2）实验步骤：①将一个偏振片（起偏器）放在光源与光屏之间，观察光屏上的光

强；②在起偏器后再放一个偏振片（检偏器），旋转检偏器，观察光屏上光强的变化；

③更换激光器（偏振光光源）重复上述实验，对比现象差异。

（3）实验现象：①只有起偏器时，光屏上有光，光强不变；②起偏器+检偏器，旋

转检偏器，光强从亮逐渐变暗，当两偏振片透振方向垂直时，光强最暗（几乎为零），

平行时最亮；③用激光器时，未放起偏器直接放检偏器，旋转检偏器也会出现光强变化。

（4）现象分析：①自然光通过起偏器后成为偏振光，检偏器旋转时，只有振动方向

与透振方向平行的光才能通过，因此光强变化；②激光器发出的光是偏振光，因此直接

用检偏器就能检测到偏振现象。

4.偏振现象与横波特性

（1）核心逻辑：纵波的振动方向与传播方向在同一直线上，无论如何“阻挡”，都

无法只允许某一方向的振动通过，因此纵波不会产生偏振现象；横波的振动方向垂直于

传播方向，存在不同的振动方向，通过特定“栅栏”（偏振片）可筛选出单一方向振动

的波，因此偏振现象是横波的特有属性。

（2）结论：光的偏振现象证明光是一种横波，其振动方向垂直于光的传播方向。

5.偏振光的产生方式

（1）偏振片起偏：如实验所示，自然光通过偏振片后成为偏振光，这是最常用的起

偏方式。

（2）反射与折射起偏；自然光照射到两种介质的分界面（如空气-水面、空气-玻璃）

时，反射光和折射光都会成为部分偏振光，当入射角为布儒斯特角时，反射光为完全偏

振光，振动方向垂直于入射面。

（3）双折射起偏：某些晶体（如方解石）具有双折射现象，自然光射入晶体后分解

为两束偏振光，可通过特殊装置分离出单一偏振光。

（三）概念建构二：激光的特性与应用

1.激光的产生原理

激光是通过受激辐射产生的光，原子在外界激励下跃迁到高能级，在光子刺激下产

生大量频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光子，这些光子叠加形成激光。普通光

源的发光是自发辐射，光子的频率、相位、振动方向杂乱无章。

2.激光的三大核心特性

（1）单色性好：激光的频率单一，波长范围极窄，远优于自然光（如太阳光包含多

种波长的光）。单色性好的优势的是不易色散，可用于精确的干涉、衍射实验，以及长

距离通信。

（2）相干性强：激光的光子振动频率相同、相位差恒定、振动方向一致，满足相干

条件。相干性强是激光能产生清晰干涉条纹的关键，也是激光全息照相、激光干涉仪的

技术基础。

（3）亮度高：激光能将能量高度集中在狭窄的频率范围和传播方向上，能量密度极

大，亮度远高于普通光源（如太阳的亮度约为l（nv/（cM.sr）,激光的亮度可运

12l92

lO-lOW/（cm-sr））o高亮度的应用包括激光切割、激光焊接、激光医疗（如激光手

术）、激光武器等。

3.激光的典型应用场景

（1）工业领域：利用高亮度特性进行激光切割、激光焊接、激光打标，具有精度高、

效率高、对工件损伤小的优势；利用单色性和相干性进行激光测距、激光检测（如检测

材料缺陷）。

（2）通信领域：利用单色性好、方向性强的特性进行光纤通信，激光在光纤中传输

时损耗小、容量大，是现代通信的核心技术。

（3）医疗领域：利用高亮度、单色性好的特性进行激光手术（如近视矫正、激光祛

斑）、激光理疗，具有创伤小、恢复快的特点；利用激光的相干性进行医学成像（如激

光断层扫描）。

（4）科研领域：利用相干性强进行激光干涉实验、激光冷却原子；利用高亮度进行

核聚变研究、天体观测（如激光雷达）。

（5）日常生活：激光打印机、激光笔、激光唱片（CD、DVD）等，均利用了激光的

单色性或方向性特性。

（四）规律应用：偏振与激光技术的实际解读

1.偏振技术的应用原理

（1）偏振墨镜：镜片是偏振片，透振方向与水面、路面反光的偏振方向垂直，能阻

挡反射产生的偏振光，减弱刺眼反光，提高视觉清晰度。

（2）3D电影：拍摄时用两台摄像机模拟人眼，分别拍摄偏振方向垂直的两束偏振

光；放映时用两台投影仪通过偏振片投射对应的偏振光；3D眼镜的两个镜片是遴振方向

垂直的偏振片，分别接收对应的偏振光，使人眼产生立体视觉。

（3）液晶显示器（LCD）：液晶具有旋光性，能改变偏振光的振动方向，通过电场

控制液晶的旋光状态，配合前后两个偏振片，实现像素的亮暗控制，形成图像。

2.激光技术的应用逻辑

（1）激光切割：高亮度一能量集中一局部温度急剧升高一材料熔化或汽化一实现切

割，适用于金属、非金属材料的精密加工。

（2）光纤通信：单色性好一色散小，方向性强一能量损耗小，相干性强一信号容量

大，适合长距离、大容量信息传输。

（3）激光全息照相：相干性强一能记录光的振幅知相位信息一再现时产生立体图像,

与普通照相只记录振幅信息不同。

（五）难点突破：易错概念辨析与误区澄清

1.易错概念辨析

（1）自然光与偏振光：自然光的振动方向是任意的，无固定振动面；偏振光的振动

方向固定，有明确振动面。判断方法：用偏振片旋转检测，光强变化的是偏振光，不变

的是自然光。

（2）起偏器与检偏器：起偏器是将自然光转化为偏振光的装置，检偏器是检测光是

否为偏振光的装置，同一偏振片既可以作为起偏器，也可以作为检偏器。

（3）激光的相干性与单色性：单色性好是相干性强的必要条件，但不是充分条件，

普通单色光的相干性远不如激光，激光的相干性还源于相位差恒定。

2.常见误区纠正

（1）误区1：偏振片能产生光。纠正：偏振片不能产生光，只能筛选光，允许特定

振动方向的光通过，阻挡其他方向的光。

（2）误区2；所有光都有偏振现象。纠正；只有横波才有偏振现象，纵波（如声波）

没有偏振现象，自然光通过偏振片后才成为偏振光。

（3）误区3：激光是单色光，单色光就是激光。纠正：激光是单色光，但单色光不

一定是激光，普通光源通过滤光片也能获得单色光，但相干性远不如激光。

（4）误区4：激光的亮度高是因为光的强度大。纠正：激光的亮度高是能量密度大

（能量集中在狭窄的传播万向和频率范围），而非总能量大，小功率激光的亮度也可能

远高于大功率普通光源。

（六）实验拓展：深化与迁移

1.偏振现象的拓展实验

（1）实验：用偏振片观察手机屏幕、电脑屏幕、LED灯、荧光灯等光源，记录旋转

偏振片时的光强变化，判断这些光源发出的光是自然光还是偏振光。

（2）结论：手机屏幕、电脑屏幕发出的是偏振光（液晶显示器的特性），LED灯、

荧光灯发出的是自然光。

2.激光干涉实验

（1）实验：用激光光源、双缝、光屏搭建双缝干涉实验装置，观察干涉条纹；更换

普通单色光光源，对比条纹清晰度差异。

（2）现象：激光产生的干涉条纹清晰、明暗对比明显；普通单色光产生的条纹模糊、

对比度低。

（3）结论：激光的相干性强，是进行干涉、衍射实验的理想光源。

四、核心知识归纳：偏振与激光知识体系

1.光的偏振核心知识

（1）振动特点：光是璜波，振动方向垂直于传播方向。

（2）自然光：垂直传潘方向沿任意方向振动，各方向振动强度相同。

（3）偏振光：振动方向只沿某一固定方向，由自然光通过起偏器产生。

（4）产生方式：偏振片起偏、反射折射起偏、双折射起偏。

（5）检测方法：用偏振片旋转检测，光强随旋转变化则为偏振光。

（6）应用：偏振墨镜、3D电影、液晶显示器、偏振摄影。

2.激光核心知识

（1）产生：受激辐射，光子频率相同、相位差恒定、振动方向一致。

（2）三大特性：单色性好（频率单一）、相干性强（满足相干条件）、亮度高（能

量集中）。

（3）特性与应用美联；①单色性好一光纤通信、精密测量；②相干性强一干涉实验、

全息照相；③亮度高一激光切割、激光医疗、激光武器。

3.关键区别

（1）自然光与偏振光：振动方向是否固定，能否通过偏振片检测区分。

（2）激光与自然光：发光机制（受激辐射vs自发辐射）、相干性（强vs弱）、单

色性（好VS差）、亮度（高VS低）。

4.易错点清单

（1）混清偏振片的“起偏”与“发光”功能，认为偏振片能产生光。

（2）认为纵波也有偏振现象，忽略偏振是横波的特有属性。

（3）将激光的“单色性”等同于“相干性”，忽视二者的区别与联系。

（4）解释3D电影、偏振墨镜原理时，未结合偏振光的振动方向分析。

五、课堂练习

（一）基础巩固题

L关于光的偏振现象，下列说法正确的是（）

A.偏振现象说明光是纵波

B.自然光通过偏振片后成为偏振光

C.旋转检偏器时，偏振光的光强不变

D.只有自然光才能产生偏振现象

2.下列关于激光的说法，错误的是（）

A.激光是受激辐射产生的光

B.激光的相干性强，适合用于干涉实验

C.激光的单色性好，波长范围极窄

D.激光的亮度高，能量密度小

3.下列设备中，利用光的偏振原理工作的是（）

A.激光笔B.光纤通信C.3D眼镜D.激光切割机

4.自然光通过起偏器后，再通过一个透振方向与起偏器垂直的检偏器，光屏上的光

强为;若旋转检偏器使透振方向与起偏器平行，光强为O

（二）能力提升题

5.为什么说偏振现象是横波的特有属性？请结合纵波和横波的振动特点简要分析。

6.某同学用偏振片检测三种光源：太阳光、激光、手机屏幕光，旋转偏振片时观察

到以下现象：①光源A：光强始终不变；②光源B：光强从亮到暗周期性变化；③光源C：

光强从亮到暗周期性变化，且最暗时几乎为零。判断三种光源分别是什么光，并说明理

由。

7.结合激光的特性，分析激光在以下领域的应用原理：（1）激光全息照相；（2）

激光切割；（3）光纤通信。

8.为什么佩戴偏振墨镜能减弱水面反光？请从偏振光的产生和偏振片的工作原理分

析。

（三）拓展创新题

9.设计一个实验，探究“反射光的偏振特性”，要求：（1）实验目的；（2）实验

器材；（3）实验步骤；（4）预期实验现象与结论。

10.激光技术在现代社会应用广泛，请结合激光的特性，设想一个激光的创新应用场

景，说明其工作原理和优势，并分析可能的技术难点。

六、练习答案与解析

（一）基础巩固题答案与解析

1.答案：B

解析：A错误，偏振现象说明光是横波，纵波无偏振现象；B正确，自然光通过偏振片后,

振动方向被筛选为单一方向，成为偏振光；C错误，旋转检偏器时，偏振光的光强会随

透振方向与偏振光振动方向的夹角变化（平行时最亮，垂直时最暗）；D错误，偏振光

也能产生偏振相关现象（如偏振光通过检偏器），偏振现象的核心是横波特性，而非光

源类型。

2.答案：D

解析：A正确，激光是通过受激辐射产生的；B正确，激光相干性强，是干涉实验的理想

光源；C正确，激光的单色性好，波长范围极窄；D错误，激光的亮度高，本质是能量密

度大（能量集中在狭窄的传播方向和频率范围）。

3.答案：C

解析：A错误，激光笔利用激光的方向性特性；B错误，光纤通信利用激光的单色性和方

向性特性；C正确，3D眼镜利用光的偏振原理，两个镜片是透振方向垂直的偏振片；D

错误，激光切割机利用激光的高亮度特性。

4.答案：零；最大

解析：自然光通过起偏器后成为偏振光，当检偏器透振方向与起偏器垂直时，偏振光无

法通过，光强为零；当透报方向平行时，偏振光全部通过（理想情况），光强最大。

（二）能力提升题答案与解析

5.答案:

纵波的振动方向与传播方向在同一直线上，无论如何筛选，都无法只允许某一方向的振

动通过，因此纵波不会产生偏振现象；横波的振动方向垂直于传播方向，存在多个不同

的振动方向，通过偏振片等装置可筛选出单一方向振动的波，因此偏振现象是横波的特

有属性。光的偏振现象证明光是横波。

6.答案：

光源A是太阳光（自然光），理由：自然光的振动方向任意，旋转偏振片时，通过的光

强始终不变；

光源B是手机屏幕光（偏振光），理由：手机屏幕是液晶显示器，发出的是偏振光，旋

转偏振片时，光强随透振方向与偏振光振动方向的夹角变化，呈现周期性明暗变化；

光源C是激光（偏振光），理由：激光是偏振光，且单色性好、相干性强，旋转检偏器

时，光强变化明显，最暗时几乎为零（理想情况下完全阻挡）。

7.答案：

（1）激光全息照相：利用激光的相干性强特性，激光的光子频率相同、相位差恒定，能

记录光的振幅和相位信息，再现时形成立体图像，而普通光相干性差，无法实现全息照

相；

（2）激