資源簡介

(共49張PPT)
第四章
8
光的偏振　激光
立體電影出現于1922年。它能產生三維立體效果，當觀眾戴上立體眼鏡觀看時，有身臨其境的感覺，亦稱“3D立體電影”。 你看過立體電影嗎 看立體電影為什么要戴上特制的眼鏡 你能解釋其中的奧秘嗎
1
知道光的偏振現象，知道光是一種橫波.
2
知道偏振光和自然光的區別，能運用偏振知識解釋生活中的一些常見光學現象.
重點
重難點
3
了解激光的特點和應用.
偏振及光的偏振
波
橫波：各點的振動方向總與波的傳播方向垂直。
縱波：各點的振動方向總與傳播方向在一條直線上。
不同的橫波，即使傳播方向相同，振動方向也可能是不同的。
偏振現象
偏振方向
用實驗區別橫波和縱波
1.狹縫對縱波的影響
如圖所示，如果在波的傳播方向上放一帶狹縫的木板，不管狹縫方向如何，在一條彈簧上傳播的縱波都能自由通過狹縫。
縱波在豎直狹縫中的傳播情況
縱波在水平狹縫中的傳播情況
2.狹縫對橫波的影響
對橫波，只有狹縫的方向與橫波質點的振動方向相同時，橫波才能毫無阻礙地通過狹縫；當狹縫的方向與質點的振動方向垂直時，橫波就不能通過狹縫。
狹縫與振動方向平行
狹縫與振動方向垂直
偏振現象：橫波獨有的現象
光的干涉
光的衍射
光的干涉、衍射現象都說明光是一種波。
光波是橫波還是縱波呢？
橫波能夠發生偏振現象而縱波不能發生偏振現象， 因此我們要判斷一列波是橫波還是縱波，只要看它能否發生偏振現象就可以。
觀察光的偏振現象
偏振片：一種由高分子薄膜制成的光學器件，每個偏振片都有一個特定的方向，只有沿著這個方向振動的光波才能通過偏振片，這個方向叫作“透振方向”。
觀察光源(或陽光)通過偏振片后透射光的強度變化
(1)讓陽光或燈光通過偏振片P，在P的另一側觀察，透射光的強度有什么變化？如果以光的傳播方向為軸旋轉偏振片P，透射光的強度又如何變化？
可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些；繼續旋轉偏振片P，透射光的強度不發生變化.
自然光
偏振片P
動態展示
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
乙
當偏振片Q的透振方向與偏振片P的透振方向平行時，透射強度與只有偏振片P時的強度一樣.
丙
繼續旋轉偏振片Q，亮度變暗，當偏振片Q的透振方向與偏振片P的透振方向垂直時，亮度最暗.
說明了光是橫波
(2)在偏振片P的后面再放置另一個偏振片Q，以光的傳播方向為軸旋轉偏振片Q，觀察通過兩塊偏振片的透射光的強度有什么變化？
動態展示
偏振及光的偏振
1.偏振現象：不同的橫波，即使傳播方向相同，振動方向也可能是不同的，這種現象稱為“偏振現象”，橫波的振動方向稱為“偏振方向”.
2.光的偏振
(1)偏振片
由特定的材料制成，每個偏振片都有一個特定的方向，沿著這個方向振動的光波能順利通過偏振片，這個方向叫作“透振方向”.
(2)自然光和偏振光
①自然光：太陽以及日光燈、發光二極管等普通光源發出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同.這種光是“自然光”.
自然光表示法
x
y
z
x
y
沿 z 軸傳播的自然光
②偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定的方向振動，這種光叫作偏振光.
(3)光的偏振現象說明光是一種橫波.
自然光在玻璃、水面、木質桌面等表面反射時，反射光和折射光都是偏振光。入射角變化時偏振的程度也有變化。
如果光入射的方向合適，使反射光與折射光之間的夾角恰好是90°，這時反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。
振動垂直于紙面
振動在紙面內
導練
1.如圖所示，兩光屏間放有兩個透振方向相互平行的偏振片，現讓太陽光沿軸線通過光屏M上的小孔照射到偏振片P上，再通過偏振片Q，現以光的傳播方向為軸使偏振片P由圖示位置旋轉90°，下列說法正確的是
A.M、P間為偏振光
B.P、Q間為自然光
C.P、Q間的光線亮度逐漸變暗
D.光屏N上光的亮度逐漸變暗
√
M、P間為自然光，經過偏振片P后變為偏振光，因此P、Q與Q、N間為偏振光，A、B錯誤；
由于自然光沿著各個方向振動的光
波的強度都相同，因此在偏振片P
旋轉過程中，P、Q間的光線亮度不變，C錯誤；
當偏振片P與偏振片Q垂直時，光屏N上亮度最暗，則旋轉過程中光屏N上光的亮度逐漸變暗，D正確.
2.(多選)如圖所示，P是一偏振片，P的透振方向(用帶箭頭的實線表示)為豎直方向.下列四種入射光束中哪幾種照射P時能在P的另一側觀察到透射光
A.太陽光
B.沿豎直方向振動的光
C.沿水平方向振動的光
D.沿與豎直方向成45°角的方向振動的光
√
√
√
偏振片只讓沿某一方向振動的光順利通過，當偏振片的透振方向與光的振動方向的夾角不為90°時，有光透過偏振片，但透射光的強度變弱.太陽光是自然光，光波可沿垂直于光傳播方向的任意方向振動，所以在P的另一側能觀察到透射光；沿豎直方向振動的光，振動方向與偏振片的透振方向相同，也可看到透射光；沿水平方向振動的光，其振動方向與偏振片的透振方向垂直，所以看不到透射光；沿與豎直方向成45°角的方向振動的光，其振動方向與透振方向不
垂直，仍可看到透射光，故選項A、B、D正確，
C錯誤.
偏振現象的應用
1.攝影技術中的應用： 攝影師在拍攝池中的游魚、玻璃櫥窗里的陳列物時，由于水面和玻璃表面的反射 光的干擾，景象會不清楚.如果在照相機鏡頭前裝一片偏振濾光片，轉動濾光片，讓它的透振方向與水面和玻璃表面的反射光的偏振方向垂直，就可以減弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰.
偏振現象的應用
無偏振鏡
有偏振鏡
未使用偏振鏡前
使用偏振鏡后
2.偏振片在汽車擋風玻璃上的應用：汽車夜間行駛與對面的車輛相遇時，如遇遠光燈引發炫目，極易引起車禍.如果駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規定它們的偏振方向都沿同一方向并與水平面成45°，可避免遠光燈引發炫目，保證行車安全.
未裝偏振照明燈的情景
安裝偏振照明燈的情景
3.立體電影：在每架放映機前裝有一塊偏振片，其透振方向互相垂直.觀眾所戴的偏振眼鏡的兩只鏡片透振方向互相垂直，且左眼鏡片與左放映機前偏振片的透振方向一致，右眼鏡片與右邊放映機前偏振片的透振方向一致.這樣，左眼只能看到左邊放映機放映出的畫面，右眼只能看到右邊放映機放映出的畫面，兩眼看到的畫面略有差別，因而產生立體感.
偏振現象的其它應用
液晶顯示
平板玻璃、電極、取向膜
偏振片
偏振片
在沙漠中，如果不帶羅盤，人是會迷路的，但是沙漠中有一種螞蟻，它能利用天空中的紫外偏光導航，因而不會迷路。
昆蟲對偏振光的應用：人的眼睛對光的偏振狀態是不能分辨的，但某些昆蟲的眼睛對偏振卻很敏感。比如蜜蜂有五只眼、三只單眼、兩只復眼，每只復眼包含有6300個小眼，這些小眼能根據太陽的偏光確定太陽的方位，然后以太陽為定向標來判斷方向，所以蜜蜂可準確無誤地把它的同類引到它所找到的花叢。
導練
3.下列說法正確的是
A.立體電影利用了光的干涉現象
B.為了增加光的透射率，照相機鏡頭表面的鍍膜利用了光的偏振現象
C.茶色眼鏡利用了光的偏振現象
D.拍攝日落時分水面下的景物時，在照相機鏡頭前裝一個偏振片可減弱
　水面反射光的影響，利用了光的偏振現象
√
放映立體電影的時候用雙鏡頭放映機，兩個鏡頭前放有偏振方向不同的偏振片，觀眾戴的眼鏡上也有相對應方向的偏振片，這樣每只眼睛就只能看到一個鏡頭所投影的圖像，利用了光的偏振現象，A錯誤；
為了增加光的透射率，照相機鏡頭表面的鍍膜利用了光的薄膜干涉現象，B錯誤；
茶色眼鏡利用了金屬化合物在玻璃中變化，從而形成色彩，C錯誤；
拍攝日落時分水面下的景物時，為減小反射光的影響，在照相機鏡頭前裝一個偏振片，利用了光的偏振現象，D正確.
4.夜晚，汽車前燈發出的強光將迎面駛來的汽車司機照得睜不開眼，嚴重影響行車安全.若考慮將汽車前燈玻璃改用偏振玻璃，使射出的燈光變為偏振光；同時汽車前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好與對面燈光的振動方向垂直，但還要能看清自己車燈發出的光所照亮的物體.假設所有的汽車前窗玻璃和前燈玻璃均按同一要求設置，如下措施可行的是
A.前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向是水平的
B.前窗玻璃和車燈玻璃的透振方向都是豎直的
C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，車燈玻璃的透振方向是斜向左上45°
D.前窗玻璃和車燈玻璃的透振方向都是斜向右上45°
√
若前窗玻璃的透振方向豎直、車燈玻璃的透振方向水平，從車燈發出的光經物體反射后將不能透過前窗玻璃，A錯誤；
若前窗玻璃與車燈玻璃的透振方向均豎直，則對面車燈的光仍能照得司機睜不開眼，B錯誤；
若前窗玻璃透振方向是斜向右上45°，車燈玻璃的透振方向是斜向左上45°，則車燈發出的光經物體反射后無法透進本車車窗內，卻可以透進對面車的車窗內，C錯誤；
若前窗玻璃和車燈玻璃的透振方向都是斜向右上45°，則車燈發出的光經物體反射后可以透進本車車窗內，且不可以透進對面車的車窗內，D正確.
激光的特點及其應用
美麗的激光秀
激光的發展史
(1)普通光源
光是從物質的原子中發射出來的，普通光源發出的自然光是許多頻率、相位、偏振以及傳播方向各不相同的光的雜亂無章的混合.這導致兩個獨立的普通光源發出的光不會發生干涉.
(2)激光的產生
激光是原子受激輻射產生的光，發出的光的相位差、頻率、振動方向均相同，兩列相同激光相遇可以發生干涉.激光是人工產生的相干光.
1.普通光源與激光
(1)相干性好：激光具有頻率相同、相位差恒定、振動方向一致的特點，是人工產生的相干光，具有高度的相干性.容易產生干涉現象.
應用：光纖通信、激光全息技術
激光是最好的相干光：用激光器做光源觀察光的干涉和衍射現象，都能取得較好的效果。
2.激光的特點及應用
利用相干光易于調制的特點，傳輸信息，所能傳遞的信息密度極高，一條細細的激光束通過光纜可以同時傳送一百億路電話和一千萬套電視，全國人民同時通話還用不完它的通訊容量。
激光全息技術
(2)激光的平行度非常好，傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度.
應用：激光測距、測速，信息存儲和閱讀，為槍械、火炮、導彈等武器提供目標指引.
衛星激光測距儀
手持式雷達測速儀
光盤(VCD 、DVD)刻錄和讀取
(3)亮度高：它可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量.所謂亮度，是指垂直于光線平面內單位面積上的發光功率.
應用：用激光束切割、焊接，醫學上可以用激光做“光刀”，激發核聚變等.
激光切割
激光槍
反衛星武器
激光控制核聚變
1964年，王淦昌院士就提出了激光核聚變的初步理論。
1986年，我國激光核聚變實驗裝置“神光”研制成功。
激光理療、組織焊接、激光刀切割以及激光美容等。
導練
5.(2021·山東泰安期中)關于激光，下列說法正確的是
A.激光的相干性好，因此可以用在雷達上進行精確的測距
B.激光的相干性好，任何兩束激光都能發生干涉
C.激光是人工制造的，不是偏振光
D.激光亮度高，可在醫學上作光刀切除腫瘤，或“焊接”剝落的視網膜
√
激光平行度好，可以用在雷達上進行精確的測距，故A錯誤；
激光相干性好，但頻率不相同的兩束激光不會發生干涉，故B錯誤；
激光是人造光，也是偏振光，故C錯誤；
激光亮度高、能量集中，可以用在醫學上作光刀切除腫瘤，或“焊接”剝落的視網膜，故D正確.
光的
偏振 激光
目標一：偏振及光的偏振
1．振動中的偏振現象
2．光的偏振
目標三：激光的特點及應用
1．相干性好
2．平行度好
橫波所特有
目標二：偏振現象的應用
光纖通信等
精確的測距等
用激光束切割、焊接等
攝影技術、汽車擋風玻璃、立體電影
3．亮度高
激光的發展史
1958年，貝爾實驗室的湯斯和肖洛發表了關于激光器的經典論文，奠定了激光發展的基礎.
1960年，美國加利福尼亞州休斯航空公司實驗室的研究員梅曼發明了世界上第一臺紅寶石激光器.
1965年，第一臺可產生大功率激光的器件 —— 二氧化碳激光器誕生.
1967年，第一臺Ｘ射線激光器研制成功.
梅曼（Theodore Harold Maiman1927-2007）
1960年，美國物理學家梅曼率先在實驗室中制造出了激光。
激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之后，人類的又一重大發明，被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”和“奇異的激光”。它的亮度約為太陽光的100億倍。激光的原理早在 1916 年已被著名的美國物理學家愛因斯坦發現，但直到 1960 年激光才被首次成功制造。激光是在有理論準備和生產實踐迫切需要的背景下應運而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發展，激光的發展不僅使古老的光學科學和光學技術獲得了新生，而且還導致整個一門新興產業出現。
全息照相
如圖所示為拍攝全息照片的基本光路。同一束激光被分為兩部分，一部分直接照射到底片上(稱為參考光)，另一部分通過被拍攝物反射后再到達底片(稱為物光)。參考光和物光在底片上相遇時會發生干涉，形成復雜的干涉條紋。底片上某點的明暗程度反映了兩束光疊加后到達這點時光波的強弱。全息照片的拍攝利用了光的干涉原理，要求參考光和物光有很高的相干性。
激光全息圖－根
彩色全息蘋果圖

展開更多......

收起↑