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新人教版 選擇性必修一
第四章 光
第六節(jié) 光的偏振 激光
立體電影出現(xiàn)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
新課引入
學習任務一：偏振
繩波的振動方向與狹縫的方向平行時，傳播情況正常；振動方向與狹縫方向垂直時，繩波經過狹縫后消失。
（1）.偏振現(xiàn)象：在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的方向振動的波叫波的偏振現(xiàn)象。
（2）.偏振方向：橫波的振動方向稱為偏振方向。
1.偏振現(xiàn)象
二、光的折射
2.縱波不發(fā)生偏振現(xiàn)象
一列縱波，以這列縱波的傳播方向為軸，無論我們怎么旋轉第二塊木板，縱波都能通過。也就是說縱波不發(fā)生偏振現(xiàn)象。
學習任務一：偏振
二、光的折射
光的干涉和衍射說明光具有波動性，那么光波是橫波還是縱波呢？
問題
橫波能夠發(fā)生偏振現(xiàn)象而縱波不能發(fā)生偏振現(xiàn)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(fā)生偏振現(xiàn)象就可以啦!
3、橫波能夠發(fā)生偏振現(xiàn)象而縱波不能發(fā)生偏振現(xiàn)象，這就是橫波與縱波的一個區(qū)別。
學習任務一：偏振
學習任務二：光的偏振
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，這個方向叫做“透振方向”。
示意圖
箭頭表示透振方向
1.偏振片
結論：光可以發(fā)生偏振，說明光是橫波.
學習任務二：光的偏振
2. 實驗演示
學習任務二：光的偏振
結論：光可以發(fā)生偏振，說明光是橫波.
2. 實驗演示
二、光的折射
學習任務二：光的偏振
P
明
甲
P Q
（弱）
乙
明
暗
丙
P Q
當只有一塊偏振片時，以光的傳播方向為軸旋轉偏振片，透射光的強度不變。
當兩塊偏振片的透振方向平行時，透射光的強度最大，但是，比通過一塊偏振片時要弱。
當兩塊偏振片的透振方向垂直時，透射光的強度最弱，幾乎為零。
3. 實驗現(xiàn)象
①自然光：實際上，太陽以及日光燈、發(fā)光二極管等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同。這種光是
“自然光”（圖 ）。
太陽光是自然光
學習任務二：光的偏振
4. 自然光與偏振光
②偏振光：自然光在通過偏振片 P 時，只有振動方向與偏振片的透振方向一致的光波才能順利通過。也就是說，通過偏振片 P 的光波，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（polarized light）。
P
Q
自然光
偏振光
起偏器
檢偏器
學習任務二：光的偏振
偏振光并不罕見。除了從太陽、白熾燈等光源直接發(fā)出的光以外，我們通常看到的絕大部分光，都是不同程度的偏振光。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（圖），入射角變化時偏振的程度也有變化。
二、光的偏振
反射引起自然光的偏振
學習任務二：光的偏振
光的偏振表明光是橫波
用偏光鏡消除了反射偏振光使玻璃門內的人物清晰可見
玻璃門表面的反光很強
偏光鏡
5、偏振現(xiàn)象的應用
學習任務二：光的偏振
未使用偏振鏡前
使用偏振鏡后
三、偏振現(xiàn)象的應用
學習任務二：光的偏振
學習任務二：光的偏振
6、做一做
光是從物質的原子中發(fā)射出來的。原子獲得能量以后處于不穩(wěn)定狀態(tài)，它會以光的形式把能量發(fā)射出去。
普通光源發(fā)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(fā)出的光不會發(fā)生干涉。
學習任務三：激光
1、激光
那么，能否制造出頻率、相位、偏振以及傳播方向等性質都十分確定的“純凈”的光呢？ 1960年，美國物理學家梅曼率先在實驗室中制造出了傳播方向、偏振、相位等性質完全相同的光波，這就是激光（laser）。
梅曼（Theodore Harold Maiman 1927-2007）
學習任務三：激光
①激光的誕生是一件大事。它使得人類獲得了極其理想的、自然界中不存在的光源。激光純凈的特性能在實際應用中帶來很多方便。激光被廣泛地應用于生產生活和科學研究中。激光能像無線電波那樣被調制，用來傳遞信息。光纖通信就是激光和光導纖維相結合的產物。今天，每時每刻都有無數(shù)激光信號承載著海量的信息在海底光纜中傳輸。借助它們，大洋兩岸的人們可以實現(xiàn)廉價的實時通信，全世界被連接成一個整體。
2、激光的特點及其應用
學習任務三：激光
2、激光的特點及其應用
學習任務三：激光
②激光的另一個特點是它的平行度非常好，在傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度。激光的這個特點使它可以用來進行精確的測距。此外，人們還可以利用激光束等各種實用的指向設備，為槍械、火炮、導彈等武器提供目標指引。
手持式雷達測速儀
手提激光測距儀
2、激光的特點及其應用
學習任務三：激光
③ 激光的亮度很高，也就是說，它可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量。可以利用激光束來切割、焊接以及在很硬的材料上打孔。醫(yī)學上可以用激光做“光刀”來切開皮膚、切除腫瘤，還可以用激光“焊接”剝落的視網(wǎng)膜。
氧化熔化激光切割
激發(fā)核聚變
2、激光的特點及其應用
學習任務三：激光
④此外，激光還是科學研究的有力工具。例如，以激光為光源，科學家們可以深入研究原子、分子和固體材料的光譜，從而了解這些物質的結構；利用激光，可以研究分子的運動和化學反應的過程；利用激光制作的高精度光鐘，可以實現(xiàn)對頻率和時間的超高精度測量，這是人類能完成的最準確的測量之一。
激光的用途還有很多。人們現(xiàn)在還在努力實現(xiàn)更多種類的激光，比如，頻率遠高于可見光、與 X 射線接近的超高頻率激光（圖 ）。它們也將成為生產和科研的有力工具
特點 作用 應用實例
相干光 可進行調制、傳遞信息 光纖通信
全息照相
平行度非常好 傳播很遠距離能保持一定強度，可精確測距測速 激光雷達測距、
測速
可會聚于很小的一點， 記錄信息密度高 光盤記錄信息
亮度高 可在很小空間短 時間內集中很大能量 激光切割、焊接、打孔、醫(yī)療手術
產生高壓引起核聚變 人工控制聚變反應
2、激光的特點及其應用
學習任務三：激光
科學漫步
立體電影和偏振光
觀看立體電影（3D 電影）時，觀眾戴的眼鏡就是一對透振方向互相垂直的偏振片。
這要從人眼看物的立體感說起。人的兩只眼睛同時觀察物體，不但能擴大視野，而且能判斷物體的遠近，產生立體感。這是由于人的兩只眼睛同時觀察一個物體時，兩眼看到的兩個像并不完全相同，左眼看到物體的左側面較多，右眼看到物體的右側面較多，這兩個像經過大腦綜合以后就能區(qū)分物體的前后、遠近，從而產生立體感。
偏光鏡頭 立體電影
立體電影和偏振光
科學漫步
立體電影和偏振光
拍攝立體電影時，可以用兩個鏡頭如人眼那樣從兩個不同方向同步拍攝景物的像，制成電影膠片。放映時通過兩臺放映機，同步放映兩組膠片，使略有差別的兩幅圖像重疊在銀幕上。這時如果用眼睛直接觀看，看到的畫面好像是電視信號不好時出現(xiàn)的“重影”。
實際上，每架放映機前還要安裝一塊偏振片，兩架放映機射出的光，通過偏振片后成了偏振光。左右兩架放映機前的偏振片的透振方向互相垂直，因而產生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直。圖 用偏振眼鏡觀看立體電影這兩束偏振光投射到銀幕上再反射到觀眾那里，偏振方向不變。
科學漫步
立體電影和偏振光
觀眾用上述的偏振眼鏡觀看，每只眼睛只看到相應的偏振光圖像，即左眼只看到左機映出的畫面，右眼只看到右機映出的畫面，這樣就會像直接觀看物體那樣產生立體感（圖 ）。實際拍攝立體電影時只用一臺攝影機，讓它通過兩個窗口（相當于人的雙眼）交替拍攝，兩套圖像交替地印在同一條電影膠片上。放映時也是只用一臺放映機，把兩套圖像交替地映在銀幕上。為了實現(xiàn)這些
功能還需要一套復雜的裝置，但原理就是上面所說的那些。
1.(多選)關于光的偏振,下列說法正確的是（　　）
A.自然光通過偏振片后就變成了偏振光
B.立體電影就利用了光的偏振現(xiàn)象
C.在拍攝日落時水面、池中的魚等景物時，可在鏡頭前裝一偏振濾光片，使圖像清晰
D.一束自然光在界面上發(fā)生反射與折射，反射光與折射光都是偏振的，且偏振方向都相同
典例分析
ABC
當堂達標訓練
2.如圖所示，下列說法不正確的是（　　）
A.圖甲中，P、Q是偏振片，M是光屏，當P固定不動，緩慢轉動Q時，光屏M上的光亮度將會變化，此現(xiàn)象表明光波是橫波
B.圖乙是雙縫干涉示意圖，若只減小屏到雙縫間距離L，兩相鄰亮條紋間距離將減小
C.圖乙中用白光進行實驗，中央亮條紋是彩色的，兩側條紋也是彩色的
D.利用紅外線進行遙感主要是因為紅外線的波長長，容易發(fā)生衍射
C
當堂達標訓練
3. (多選)如圖所示,下列說法正確的有 ( 　)
A.如圖甲,自然光由空氣射向水面,反射光是偏振光
B.如圖乙,立體電影原理和照相機鏡頭表面涂上增透膜的原理相同
C.拍攝圖丙中玻璃櫥窗中的物體,通常要在照相機鏡頭前加一個濾光片來消除反光
D.如圖丁所示的衍射圖樣是由光照射一個不透光的圓盤得到的
AD
當堂達標訓練
[解析] 如圖甲,自然光由空氣射向水面,反射光是偏振光,故A正確;
如圖乙,立體電影的原理是光的偏振,照相機鏡頭表面涂上增透膜的原理是光的干涉,故B錯誤;
拍攝圖丙中玻璃櫥窗中的物體,通常要在照相機鏡頭前加一個偏振片來消除反光,故C錯誤;
如圖丁所示,在圓形陰影中心有亮斑,即泊松亮斑,是由光照射一個不透光的圓盤得到的衍射圖樣,故D正確.
4.夜晚,汽車前燈發(fā)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(如圖所示).若考慮將汽車前燈玻璃改用偏振玻璃,使射出的燈光變?yōu)槠窆?同時汽車前窗玻璃也采用偏振玻璃,其透振方向正好與燈光的振動方向垂直,但還要能看清自己車燈發(fā)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,則以下措施中可行的是 (　)
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.前窗玻璃的透振方向是豎直的,車燈玻璃的透振方向
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°
D
當堂達標訓練
[解析] 此題要求自己車燈發(fā)出的光經對面車窗反射后仍能進入自己眼中,而對面車燈發(fā)出的光不能進入自己的眼中.若前窗的透振方向豎直、車燈玻璃的透振方向水平,則從車燈發(fā)出的光照射到物體上反射回的光線將不能透過前窗玻璃,司機面前將是一片漆黑,A錯誤;
若前窗玻璃與車燈玻璃透振方向均豎直,則對面車燈的光仍能照射得司機睜不開眼,B錯誤;
若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°,則車燈發(fā)出的光經物體反射后無法透射進本
車內,卻可以透射進對面車內,C錯誤,D正確.

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