高中物理选修3-4 光的偏振 激光

光的偏振●教课目的一、知识目标1. 经过实验，认识振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象.2. 认识偏振光和自然光的差别，从光的偏振现象知道光是横波.3. 认识平时有到的光多半是偏振光，认识偏振光在生产生活中的一些应用.二、能力目标1. 经过机械波的偏振实验和光的偏振实验掌握类比研究物理问题的方法.2. 经过对光的偏振应用的学习，提升应用知识解决实质问题的能力.三、德育目标经过课外活动察看光的偏振现象培育学生联系实质学习物理的观点和习惯.●教课要点光的偏振实验的察看和剖析.●教课难点光振动与自然光和偏振光的联系.●教课方法经过实验现象使学生认清机械波中横波的偏振现象，再经过机械波与光波的类比，实现轻松过渡，形成观点明确规律，并在应用中深入知识的理解.●教课器具柔嫩的长绳一根，带有狭缝的木板两块，金饰的弹簧一根，电气石晶体薄片或人造偏振片两片，投影仪 .●课时安排1课时●教课过程一、引入新课（一）复习横波和纵波的观点［师］请同学们回想一下机械波一节内容，举例谈谈什么是横波？什么是纵波？［生］振动方向和流传方向垂直的波叫横波，颤动水平软绳时产生的波就是横波，振动方向和流传方向一致的波叫纵波，像水平悬挂的弹簧一端振动时形成的沿弹簧流传的波 .［师］经过前几节课的学习，我们知道光拥有颠簸性，那么光波终究是横波还是纵波呢？我们先经过一个实验来看看怎么判断一种波是横波仍是纵波.（二）偏振现象［演示一］介绍课本图 20—17 装置，教师演示，指引学生认真察看波传到狭缝时的状况，看波可否经过狭缝传到木板的另一侧 .［师］请一位同学来表述一下看到的现象.［生］对绳上形成的横波，当狭缝与振动方向一致时，波不受阻挡，能经过狭缝，而当狭缝与振动方向垂直时，波被狭缝挡住，不可以经过狭缝传到木板另一端，对弹簧上形成的纵波，不论狭缝如何搁置，弹簧上疏密相间的波均能顺利经过狭缝流传到木板另一侧 .［师］表达得不错，还有同学要增补吗？［生］在绳上横波流传过程中，当狭缝既不与振动方向平行也不与振动方向垂直时，有部分振动能经过狭缝 .［师］很好 . 横波的这类现象称为偏振现象，大家看到，纵波不会发生偏振现象，依据能否能发生偏振，我们能够判断一个机械波是横波仍是纵波 . 固然这类方法对判断机械波并不是必需，但我们能够借助这类方法来判断光波是横波仍是纵波.二、新课教课（一）光的偏振［演示二］（教师介绍装置，重申起偏器 P 和检偏器 Q的作用，演示同时指引学生认真察看跟着检偏器 Q的转动屏上光照强度的变化）［师］请大家看这个薄片，它在我们这个演示实验中的作用与前方的带有狭缝的木板近似，它上边有一个特别的方向称透振方向，只有振动方向与透振方向平行的光波才能透过偏振片，下边请大家认真察看.［现象 1］用一个起偏器察看自然光，偏振片是透明的，以光的流传方向为轴旋转 P 时，透射光强度不变 . ［投影］［师］同学们能由此获得什么结论吗？［生］光是纵波 .［师］怎么获得这个结论的呢？［生］与前方纵波实验类比获得的.［师］大家有没有考虑过若是波是横波并且沿各个方向都有振动的状况呢？（学生沉默，教师持续演示）［现象 2］加上检偏器 Q，当 Q的透振方向与 P 的透振方向一致时，透射光强度最大 . ［投影］［现象 3］以光流传方向为轴旋转时，透射光强度减弱. 当 Q与 P 透振方向垂直时，屏上最暗，光强几乎为零.［投影］［师］此刻大家能判断光是横波仍是纵波了吗？［生］能，是横波 .［师］那现象 1 是怎么回事呢？本来，我们这里用的太阳光源包括了垂直于传播方向上沿全部方向振动的光，并且各个方向振动的光波强度都同样，这类光叫自然光 . 经过起偏器后，这类光就成了偏振光，它只好沿某一特定方向振动.［师］哪位同学能来解说方才我们看到的三个现象呢？（学生基本上能依据与机械波类比解说实验现象，并明确光是一种横波.)（二）光振动图 20— 23［师］（投影右图）光是电磁波，从上图我们看到电场强度 E 和磁感觉强度B 的振动方向都与电磁波的流传方向垂直 . 而 E 的感光振动和生理作用是主要的， E 的振动称为光振动，上边提到的阳光等自然光，光振动沿各个方向是平均散布的，经过起偏器后光振动就只好沿透振方向振动成为偏振光 .（三）光的偏振现象的应用［师］其实，除了从太阳、电灯这样一些从光源直接发出的光外，往常看到的绝大多半光都是偏振光，请大家看课本图20— 20，在这里反射光和折射光都是偏振光，且二者偏振方向互相垂直.［投影］光的偏振现象的应用1.偏振滤光片2.车灯玻璃和挡风玻璃3.偏光眼镜（观看立体电影或立体电视）（指引学生剖析这些应用的原理，鼓舞学生从生产生活中查找偏振应用实例，条件允许还可教课生自制偏振片）三、小结（投影）演示实验，认识了机械波中横波的偏振现象类比实验，认识了光的偏振现象以及自然光与偏振光本节课我们经过剖析，理解了光是横波实例研究，认识了光的偏振现象的应用四、部署作业1.什么是自然光？什么是偏振光？为何说光是横波？2.阅读课后“阅读资料” 《立体电影与偏振》五、板书设计光的偏振一、偏振现象实验 1：甲：波经过狭缝乙：波不可以经过狭缝现象甲→乙转动中有部分波能经过狭缝丙：波能经过狭缝横波能发生偏振现象结果纵波不可以二、波的偏振实验 2：甲：光能经过P，转动 P 屏上光强不变乙：光能经过透振方向相互平行的P、Q丁：光不可以经过透振方向相互垂直的PQ乙→丁 Q转动过程中屏上光强变暗结果：太阳光是自然光经过起偏器后能产生偏振现象结论：光是横波三、光振动 E 矢量方向的振动四、光的偏振现象的应用（见投影）。

第3、4节光的偏振__激光与全息照相1．光的偏振说明光是横波，光的偏振应用很多，如照相机镜头前的偏振滤光片和立体电影等。

2．偏振片是一种特殊的光学元件，只能让某一方向的振动的光通过。

3．激光具有相干性高、平行度好、亮度高的特点，在生活中的各个领域，激光都有广泛的应用。

对应学生用书P55光的偏振1．自然光太阳、电灯等普通光源发出的光，在垂直于传播方向的平面内，光波可沿任何方向振动，光振动在平面内是均匀分布的。

2．偏振光自然光通过偏振片(起偏器)之后，只有振动方向与“狭缝”方向一致的光波才能通过。

自然光通过偏振片后，就能获得偏振光。

3．起偏器和检偏器(1)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)偏振器的偏振化方向：偏振光能完全通过的方向。

4．偏振现象的应用(1)在照相机镜头前装一偏振片，并适当旋转偏振镜片，能够阻挡偏振光，消除或减弱光滑物体表面的反光或亮斑。

(2)利用偏振光通过受力的塑料或玻璃时，偏振化方向会发生变化，这一现象可以检查应力的分布情况以及用于地震预报。

(3)立体电影，液晶显示器，汽车挡风玻璃等。

[跟随名师·解疑难]1．偏振现象对横波，只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时，横波才能毫无阻碍地通过狭缝；当狭缝的方向与质点的振动方向垂直时，横波就不能通过狭缝，这种现象叫做横波的偏振，偏振是横波特有的现象。

2．自然光和偏振光的比较自然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(与起偏器的偏振化方向一致)[特别提醒](1)我们平时所看到的光，除直接从光源射来的光，其他多为偏振光。

(2)自然光经镜面反射后的反射光是偏振光。

(3)只有横波才能发生偏振现象，光是横波。

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)对于光的偏振，以下认识正确的是( )A．振动方向在平行于传播方向的平面上，只沿特定方向振动的光是偏振光B．从电灯等光源直接发出的光本身就是偏振光C．通过偏振片去看电灯发出的光，看到透射光亮度无变化，说明透射光不是偏振光D．光的偏振现象使人们认识到光是一种横波解析：选D 由自然光和偏振光的关系可知A错误；平时我们看到的光，除直接从光源射来的光以外，几乎都是偏振光，所以B错误；透过偏振片后的光一定是偏振光，所以C 错误；横波只沿某一特定方向振动，所以D正确。

高二物理人教版选修34光的偏振实验演示：教师将一块偏振片在笔记本电脑前转动，请学生观察屏幕的变化情况。

电脑屏幕随着偏振片的转动，发生明显的明暗的变化。

如图所示。

学生观察到这一奇妙的现象时，都不由地发出惊叹声，不禁问道：为什么会发生这种现象呢？学生的学习兴趣和积极性被充分调动起来。

教师告诉学生手中的这片圆形薄片叫偏振片，这种现象称为偏振现象。

为什么会出现这样的现象呢，这是本堂课要解决的重要内容之一，希望大家在观察接下来的实验现象和现象分析后都能知道其中的原因。

二、实验过程、现象解释波有横波和纵波之分，光是横波还是纵波，是否所有的波都有偏振现象，日常生活中有哪些常见的偏振现象，对我们的生活有些什么样的影响，我们一起来学习和探讨。

为了更好的理解和解释光的偏振现象，我们从直观、具体的机械波的分析入手。

（一）机械波的偏振实验演示实验1：取一软绳和中间有一“狭缝”的硬纸板，使软绳从“狭缝”中穿过，请两位同学分别控制绳的两端，其中一端固定不动，另一端的同学上下抖动，形成一列绳波。

调节狭缝的方向，第一次与绳波的振动方向相同，第二次与绳波的振动方向垂直，观察绳波经过狭缝后的现象。

现象：绳波的振动方向与狭缝的方向平行时，传播情况正常；振动方向与狭缝方向垂直时，绳波经过狭缝后消失。

现象如图所示。

实验2：用一弹簧经过“狭缝”，轻拨弹簧，形成一列弹簧波。

旋转狭缝方向，观察弹簧波的情况。

现象：无论“狭缝”如何，弹簧波均正常传播，如图所示。

结论：横波的振动方向与狭缝方向垂直时，波的传递受到影响，这种现象就是偏振现象，偏振是横波特有的现象。

光波是横波还是纵波，也可用类似的方法检验。

实验3：利用偏振片检验自然光是横波还是纵波。

偏振片介绍：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”。

偏振片对光波的作用就象“狭缝”对机械波的作用一样。

偏振光介绍：只沿着某个特定方向振动的光。

高中物理选修3-4光的偏振、色散、激光题型1（光的偏振）1、自然光太阳、点灯等普通光源直接发出的光，包含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，这种光叫自然光。

2、偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。

图（b）中P 为起偏器，Q为检偏器自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。

如图（a）。

我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。

3、光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。

各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两相互垂直。

4、光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，将E的振动称为光振动5、应用：利用偏振滤光片摄影、观看立体电影等。

1、如图，P是偏振片，P的透振方向（用带的箭头的实线表示）为竖直方向。

下列四种入射光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光？（ABD）A. 太阳光B. 沿竖直方向振动的光C. 沿水平方向振动的光D. 沿与竖直方向成45°角振动的光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。

偏转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是（C）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3、如图所示，人眼隔着片着片B、A去看一只电灯泡S，一束透射光看不到，那么，以下说法中哪些是正确的（C）A. 使A和B同时转过90°，能够看到透射光B. 单使B转过90°过程中，看到光先变亮再变暗C. 单使B转过90°过程中，看到光逐渐变亮D. 单使A转动时，始终看不到透射光4、如图所示，两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到偏振片P上，再通过偏振片Q，现以光的传播方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90°，下列说法正确的是（D）A. MN间为偏振光B. PQ间为自然光C. PQ间的光线亮度逐渐变暗D. 光屏N上的亮线逐渐变暗5、光的偏振现象说明光是横波，下列现象中能反映光的偏振特性的是（ABC）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6、两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏白炽灯的前面以致没有光通过。

光的色散衍射偏振激光____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.理解光的色散和衍射。

2.学会综合分析光学知识并能够解决相关问题。

1. 色散（1）不同颜色的光，波长不同.（2）光的色散：含有多种颜色的光被分解成单色光的现象．（3）薄膜干涉中的色散：肥皂膜的干涉条纹是彩色的；镀膜镜头看起来是有颜色的，镀膜厚度不同，颜色也不同.（4）折射时的色散：白光经过棱镜后会发生色散现象．各种色光通过棱镜后，红光偏折角度最小，紫光的偏折角度最大．偏折角度不同，表明同一介质对不同色光的折射率不同，对红光的折射率小，对紫光的折射率大．由此可知，在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不同，波长越短，波速越慢．2. 衍射（1）衍射：光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象，如单缝衍射、圆孔衍射.（2）发生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多.3. 偏振（1）自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括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，这种光是自然光．（2）偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动，这种光叫做偏振光．（3）只有横波才有偏振现象. 光的偏振证明光是横波．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光；自然光在玻璃等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光.4. 激光：有高度的相干性，平行度很好，亮度高．类型一：光的衍射；光的折射定律例1（2014年朝阳期末）以下说法中正确的是（ ） A ．增透膜是利用了光的色散现象B ．白光通过三棱镜后形成彩色光带是利用了光的干涉现象C ．电子表的液晶显示是利用了光的偏振现象D ．用标准平面检查光学仪器表面的平整程度是利用了光的衍射现象解答：A 、光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，由前后两表面的反射光线，频率相同，进行相互叠加，故A 错误；B 、三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射现象，故B 错误；C 、液晶显示是利用了光的偏振现象，故C 正确；D 、用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉现象，而不是衍射现象，故D 错误； 故选：C ． 类型二:光的综合8.（2014四中期末）如图所示，水面下的光源S 向水面A 点发射一束光线，反射光线为c，折射光线分成a 、b 两束，则( )A ．在水中a 光的速度比b 光的速度小B ．由于色散现象，经水面反射的光线c 也可能分为两束C ．用同一双缝干涉实验装置分别以a 、b 光做实验，a 光的干涉条纹间距大于b 光的干涉条纹间距D ．若保持入射点A 位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，a 光将先消失 解析：A 、由题，两光束的入射角i 相同，折射角r a ＜r b ，根据折射定律得到，折射率n a ＜n b ．由公式v= 分析得知，在水中a 光的速度比b 光的速度大．故A 错误B 、入射角等于反射角，所以经水面反射的光线c 不能分为两束，故B 错误C 、折射角r a ＜r b ，频率f a ＜f b ，波长λ a ＞λ b ，则a 光的干涉条纹间距大于b 光的间距．故C 正．D 、若保持入射点A 位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b 光的折射角先达到90°，发生全反射，最先消失．故D 错． 答案：C 类型三：激光例3 一激光器发光功率为P,发出的激光在折射率为n 的介质中波长为λ,c 表示光在真空中a bcSAUObI a 2U 1U的速度,h 表示普朗克恒量,下列说法中正确的是( )A.该光在真空中的波长为n λB.该光的频率为c/λC.该激光器在t 时间内辐射的光子数为hcPt λ D.该光的频率为λn c解析：光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，对激光也是一样；由n ＝和v ＝f λ得f ＝，所以λ空＝＝n λ.思路分析：光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，根据折射率公式，波长、波速、频率的关系进行解题。