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6　光的偏振　激光
學習任務一　光的偏振
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(1)偏振現象
①自然光:包含著在垂直于傳播方向上沿　　　方向振動的光,而且沿著各個方向振動的光波的強度都　　　　,這種光稱為自然光.
②偏振光:在垂直于傳播方向的平面上,沿著某個　　　　的方向振動的光稱為偏振光.
③偏振片:由特殊材料制成,每個偏振片都有一個　　　　的方向,只有沿著這個方向振動的光波才能順利通過偏振片,這個方向稱為透振方向.
(2)偏振光的產生方式
①自然光通過　　　　后形成偏振光.
②自然光射到兩種介質的分界面上,入射角合適時,使得反射光與折射光　　　　,則反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向互相　　　　.
例1 (多選)在垂直于太陽光的傳播方向前、后放置兩個偏振片P和Q,在Q的后邊放上光屏,如圖所示,則下列說法不正確的是 (　)
A.Q不動,旋轉偏振片P,屏上光的亮度不變
B.Q不動,旋轉偏振片P,屏上光的亮度時強時弱
C.P不動,旋轉偏振片Q,屏上光的亮度不變
D.P不動,旋轉偏振片Q,屏上光的亮度時強時弱
例2 奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標,可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度,從而鑒定含糖量.偏振光通過糖的水溶液后,偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉一個角度α,這一角度α稱為“旋光度”,α的值只與糖溶液的濃度有關,將α的測量值與標準值相比較,就能確定被測樣品的含糖量了.如圖所示,S是自然光源,A、B是偏振片,轉動B,使到達O處的光最強,然后將被測樣品P置于A、B之間.
(1)偏振片A的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
(2)偏振現象證明了光是一種　　　　.
(3)以下說法中正確的是　　　　.
A.到達O處光的強度會明顯減弱
B.到達O處光的強度不會明顯減弱
C.將偏振片B轉動一個角度,使得O處光強度最強,偏振片B轉過的角度等于α
D.將偏振片A轉動一個角度,使得O處光強度最強,偏振片A轉過的角度等于α
【要點總結】
自然光和偏振光的比較
自然光 偏振光
成因 從光源(如太陽、電燈等)直接發出的光 自然光通過偏振片后就變成了偏振光,反射光、折射光均為偏振光
振動 方向 在垂直于傳播方向的平面內,沿著各個方向振動 在垂直于傳播方向的平面內,并且只有一個振動方向
經偏振片后現象比較 通過偏振片后,自然光就變成了偏振光,轉動偏振片,偏振光的亮度不變,但偏振方向隨之變化 偏振光經偏振片后,若偏振方向與透振方向平行,則屏亮;若垂直,則屏暗;若介于兩者之間,則屏上亮度介于兩者之間并隨偏振方向與透振方向夾角的增大而變暗
學習任務二　偏振的應用
[物理觀念]
(1)攝影技術中的應用:由于水或玻璃表面的反射光的干擾,常使景像不清楚,如果在照相機鏡頭前裝一片偏振濾光片,讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直,就可以減弱反射光而使景像清晰.
(2)偏振片在汽車擋風玻璃上的應用:在夜間行車時,迎面開來的車燈眩光常常使司機看不清路面,容易發生事故.如果在每輛車燈玻璃上和司機坐席前面的擋風玻璃上安裝一塊偏振片,并使它們的透振方向跟水平方向成45°角,就可以解決這一問題.
(3)立體電影:立體電影也是利用了光的偏振原理.
(4)電子表的液晶顯示屏:在兩塊透振方向互相垂直的偏振片當中插進一個液晶盒,液晶具有各向異性的屬性,特別是偏振光經過液晶時,其振動方向會旋轉90°,利用這種特性控制光通過或不通過,從而顯示數字的形狀.
例3 如圖所示是觀看立體電影時放映機鏡頭上的偏振片和觀看者所戴的偏光眼鏡的配置情況,其中正確的是 (　)
例4 [2022·效實中學期中] 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(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,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°
[反思感悟]


學習任務三　激光的特點及其應用
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特點 應用
相干性強:激光具有頻率　　　　、相位差　　　、偏振方向　　　　的特點,是人工產生的相干光,具有高度的相干性 光纖通信
平行度好:激光的　　　　非常好,傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度 激光會聚于一點,讀取光盤上記錄的信息,激光測距等
亮度高:它可以在很小的　　　　和很短的　　　內集中很大的　　　　 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
例5 關于激光的應用問題,下列說法中正確的是　　(　)
A.光纖通信是應用激光平行度非常好的特點對信號進行調制,使其在光導纖維中傳遞信息的
B.計算機內的“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應用激光有相干性的特點
C.醫學中用激光做“光刀”來切除腫瘤是應用了激光亮度高的特點
D.“激光測距雷達”利用激光測量很遠目標的距離是應用了激光亮度高的特點
[反思感悟]


變式1 激光火箭的體積小,卻可以裝載更大、更重的衛星或飛船,激光由地面激光站或空間激光動力衛星提供,通過一套裝置,像手電筒一樣,讓激光束射入火箭發動機的燃燒室,使推進劑受熱而急劇膨脹,于是形成一股高溫高壓的燃氣流,以極高的速度噴出,產生巨大的推力,把衛星或飛船送入太空.激光火箭利用了激光的 (　)
①單色性好　②平行度好　③高能量　④相干性好
A.①② B.②③
C.①③ D.②④
[反思感悟]

【要點總結】
激光與自然光的區別
自然光 激光
原子發光的方向時刻 不確定 原子發光的方向 時刻相同
頻率不一樣 頻率單一
不能發生干涉 能發生干涉 (雙縫干涉實驗)
非相干光 人工產生的相干光
傳播中擴束嚴重 平行度好,傳播中 幾乎不擴束
亮度遠遠小于激光 亮度高
1.(對光的偏振的理解)[2022·臺州一中期中] 如圖所示,讓太陽光通過M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上,P的右側再放一光屏Q.現使P繞著平行于光傳播方向的軸勻速轉動一周,則關于光屏Q上的亮度變化情況,下列說法中正確的是 (　)
A.只有當偏振片轉到某一適當位置時光屏才被照亮,在其他位置時光屏上無亮光
B.光屏上亮、暗交替變化
C.光屏上亮度不變
D.光屏上只有一條亮線隨偏振片轉動而轉動
2.(光的偏振現象的應用)(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
3.(激光的應用)關于激光的應用問題,下列說法中正確的是 (　)
A.全息照相是利用激光平行度非常好的特點
B.利用強激光產生的高壓使得可控核聚變成為可能
C.用激光束來切割或焊接較硬的材料是利用激光平行度好的特點
D.“激光測距雷達”和用激光讀取DVD光盤上的信息是利用激光有相干性的特點
6　光的偏振　激光
[教材鏈接] (1)①一切　相同　②特定　③特定　(2)①偏振片　②垂直　垂直
例1　AC　[解析] P是起偏器,它的作用是把太陽光(自然光)轉變為偏振光,該偏振光的振動方向與P的透振方向一致,所以當Q與P的透振方向平行時,通過Q的光強最大;當Q與P的透振方向垂直時,通過Q的光強最小,即無論旋轉P或Q,屏上光的亮度都是時強時弱,故A、C錯誤,B、D正確.
例2　(1)把自然光變成偏振光　(2)橫波　(3)ACD
[解析] (1)自然光源發出的光不是偏振光,但當自然光經過偏振片后就變成了偏振光,因此偏振片A的作用是把自然光變成偏振光.(2)偏振現象證明了光是一種橫波.(3)因為A、B的透振方向一致,故A、B間不放糖溶液時,自然光通過偏振片A后變成偏振光,通過B后到O.當在A、B間加上糖溶液時,由于糖溶液的旋光作用,使通過A的偏振光的振動方向轉動了一定角度,使通過B到達O的光的強度不是最大,但當B轉過一個角度,恰好使透振方向與經過糖溶液后的偏振光的振動方向一致時,O處光強又為最強,故B的旋轉角度即為糖溶液的旋光度.若偏振片B不動而將A旋轉一個角度,再經糖溶液旋光后光的振動方向恰與B的透振方向一致,則A轉過的角度也為α,故選項A、C、D正確.
例3　B　[解析] 立體電影是利用光的偏振現象來實現的.兩臺放映機同時放映著從不同角度同時拍攝的場景,并且放映機采用正好垂直的偏振光進行放映,觀眾所戴的眼鏡左、右鏡片的透振方向正好也相互垂直.只有透振方向與某束偏振光的偏振方向平行的鏡片才能透過該束偏振光,這樣,兩只鏡片分別只能透過來自兩臺放映機中某一臺的偏振光,則觀眾同時能獲得兩束帶有不同信息的光線,在腦海中便能復合成立體感很強的場景,所以B圖所示情況正確.
例4　D　[解析] 此題要求自己車燈發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.
[教材鏈接] 相同　恒定　相同　平行度　空間　時間　能量
例5　C　[解析] 由激光的特點可知,光纖通信主要利用了激光的相干性,A錯誤;計算機內的“磁頭”讀出光盤上的信息主要應用了激光的平行度好,B錯誤;醫療中用激光做“光刀”來切除腫瘤利用了激光亮度高的特點,C正確;“激光測距雷達”利用的是激光的平行度好的特點,D錯誤.
變式1　B　[解析] 由于激光站與火箭相距較遠,必須要求激光具有很好的平行度,同時利用激光的高能量特點,故選B.
隨堂鞏固
1.C　[解析] 因為太陽光為自然光,自然光沿各個方向振動的光的強度都相同,故光屏Q上的亮度不變,C正確.
2.AD　[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.
3.B　[解析] 全息照相利用了激光相干性好的特點,故A錯誤;由于激光的頻率較高,能量較高,所以人工控制核聚變的一個可能實現途徑是利用強激光產生的高溫高壓引起核聚變,故B正確;用激光束來切割或焊接較硬的材料是利用激光能量高的特點,故C錯誤; “激光測距雷達”和用激光讀取DVD光盤上的信息是利用激光平行度好的特點,故D錯誤.

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