高中物理人教版 (新课标)选修3选修3-4第十三章 光6 光的偏振学案

第十三章 光

13．6光的偏振

【教学目标】

 1．通过实验，认识偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。

2．了解偏振光和自然光的区别，从光的偏振现象知道光是横波。

3．了解日常见到的光多数是偏振光，了解偏振光在生产生活中的一些应用。

重点： 知道光的偏振现象及光的偏振现象说明光是一种横波

难点：偏振光和自然光的区别

【自主预习】

一 、光的干涉和衍射现象说明光具有          ，光的偏振现象说明光是          。

二、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，只有沿这个方向振动的光才能透过偏振片，这个方向叫             ，偏振片对光波的作用就像狭缝对于机械波的作用一样。

三、光的分类

1．自然光：

由太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿___________方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波强度都___________，这样的光叫___________.

2．偏振光：

①自然光垂直透过某一偏振片（起偏器）后，只有振动方向与偏振片的透振方向       的光波才能通过。也就是说，光通过偏振片后，在垂直于传播方向上，只沿着         的方向振动。

②平时看到的绝大部分光，都是不同程度的           ，自然光在玻璃、水表面反射时，反射光和折射光都是               ，入射角变化时           的程度也有变化。

四、偏振现象的应用

①照相机镜头前常装一偏振滤光片，让它的透振方向与水面和玻璃面的反射光的偏振方向               ，就可         反射光而使水下和玻璃后景物清晰。

②数字式电子表、               、               、             、              等带有液晶显示的物品，它们的液晶显示器都用到了偏振现象。

【典型例题】

一、偏振现象

【例1】如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则(　　)

A．图中a光为偏振光

B．图中b光为偏振光

C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮

D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮

【例2】．如图所示，P是偏振片，P的透振方向(用带箭头的实线表示)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？(　　)

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

二、偏振现象的应用

【例3】关于立体电影，以下说法正确的是(　　)

A．观众戴上特制眼镜是为了防止伤害眼睛

B．这副眼镜其实就是一对偏振方向互相垂直的偏振片

C．戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看，则银幕上只是一片光亮而无图像

D．产生立体视觉是因为人的两只眼睛同时观察物体时，形成的在视网膜上的像并不完全相同

【例4】．在拍摄日落时的水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是(　　)

A．减少阳光在水面上反射光

B．阻止阳光在水面的反射光进入照相机镜头

C．增强光由水面射入空气中的折射光强度

D．减弱光由水面射入空气中的折射光强度

三、光的偏振产生的规律

【例5】如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。这个实验表明(　　)

A．光是电磁波　　　　　

B．光是一种横波

C．光是一种纵波 

D．光是概率波

【课后练习】

1．由下列哪些现象可以说明光是横波(　　)

A．光的干涉和衍射现象 

B．光的折射现象

C．光的全反射现象 

D．光的偏振现象

2．对于自然光和偏振光，以下认识正确的是

A．从太阳、蜡烛等普通光源直接发出的光是自然光

B．自然光通过一个偏振片后成为偏振光，偏振光再通过一个偏振片后又还原为自然光

C．电灯光透过偏振光，偏振片旋转时看到透射光的亮度无变化，说明透射光不是偏振光

D．自然光只有在通过偏振片后才能成为偏振光

3．如图19－1所示，让自然光照射到P、Q两振片上，当P、Q两偏振片的透振方向夹角为以下哪些度数，透射光的强度最弱(　　)

A．0°     

B．30°

C．60°    

D．90°

4．在杨氏干涉实验装置的双缝后面各放置一偏振片，若两个偏振片的透振方向相互垂直，则(　　)

A．光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹的亮度减小

B．光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹的亮度增大

C．干涉条纹消失，光屏上一片黑暗

D．干涉条纹消失，但仍有光射到光屏上

5．如图19－2所示，P是一偏振片，P的偏振方向(用带有箭头的实线表示)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(　　)

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

6．两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过。如果将其中的一片旋转180°，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象(　　)

A．透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零

B．透过的光强先增强，然后减少到非零的最小值

C．透过的光强在整个过程中都增强

D．透过的光强先增强，再减弱，然后又增强

7．在如图19－3所示中，A、B为两偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此时在光屏C上，透射光的强度最大，则下列说法中正确的是(　　)

A．此时A，B的偏振方向平行

B．只有将B绕OO′轴顺时针旋转90°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零

C．不论将A或B绕OO′轴旋转90°时，屏上透射光的强度最弱，几乎为零

D．将A沿顺时针方向旋转180°时，屏上透射光的强度最弱，几乎为零

8．在某些特定环境下照像时，常在照相机镜头前装一片偏振滤光片使景象清晰，关于其原理下列说法正确的是(　　)

A．增强透射光的强度

B．减弱所拍摄景物周围反射光的强度

C．减弱透射光的强度

D．增强所拍摄景物周围反射光的强度

9．光的偏振现象说明光是横波，下列现象中不能反映光的偏振特性的是(　　)

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照片更清晰

D．通过手指间的缝隙观察荧光灯，可以看到彩色条纹

10．夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼，严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与灯光的振动方向垂直，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施中可行的是(　　)

A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的

B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是竖直的

C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°

D．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°

11．如图19－5所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，让太阳光或白炽灯光通过狭缝S形成细光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心)，产生反射光束1和透射光束2。现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于纸面的轴线转动，使反射光束1和透射光束2恰好垂直。在入射光线的方向上加偏振片P，偏振片与入射光线垂直，其透振方向在纸面内，这时看到的现象是(　　)

A．反射光束1消失

B．透射光束2消失

C．反射光束1和透射光束2都消失

D．偏振片P以入射光线为轴旋转90°，透射光束2消失

12．当戴上偏振片眼镜观察水面时，能够清楚地看到水中的游鱼，试解释其中的道理。

例题答案：

1. 【答案】B、D

【解析】自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只有沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光，则A错；它通过A偏振片后，即变为偏振光，则B对；设通过A的光沿竖直方向振动，则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，将B转过180°后，P处仍无光亮，即C错；若将B转过90°，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片。则偏振光能通过B；即在P处有光亮，亦即D对。

2. 解析：根据光的现象，只要光的振动方向不与偏振片的狭缝垂直，光都能通过偏振片。太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片。故A、B、D正确。

答案：A、B、D

3. 【答案】B、D

【解析】放立体电影时有左右两架放影机同时工作，如图13－6－7所示，在每架放映机前有一块偏振镜子，其偏振方向互相垂直，因此从放映机前偏振镜射出的两束偏振光的偏振方向互相垂直，这两束偏振光经银幕反射其偏振方向不改变，观众眼睛所戴的偏光眼镜的两只镜片偏振方向互相垂直，且左眼镜片跟左边放映机前偏振镜的偏振方向一致，右眼镜片跟右边放映机前面偏振镜的偏振方向一致。这样，左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感，因此B、D选项正确。

4. 解析：在照相机镜头前装一个偏振片，使它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景像清晰。

答案：B

5. 【答案】B

【解析】偏振现象是横波特有的，光的偏振现象说明光是一种横波，选项B正确。

课后练习答案：

1. 解析：根据光能发生干涉和衍射现象，说明光是一种波，具有波动性；光的折射现象仅反映了光通过两种介质的界面时的一种传播现象，不能说明光是横波；根据光的全反射现象，说明光由光密介质进入光疏介质和由光疏介质进入光密介质会有不同的现象；光的偏振现象说明振动方向与光的传播方向垂直，即说明光是横波，所以正确选项为D。

答案：D

2. 解析：本题考查自然光与偏振光的区别、产生及鉴别。太阳、蜡烛等普通光源发出的光为自然光，包括在垂直光的传播方向上沿一切方向振动的光，故选项A正确；自然光通过偏振片时，只有与偏振片透振方向一致的光才能通过，沿其他方向振动的光被偏振片吸收，所以通过偏振片后的透射光是偏振光，不论通过几个偏振片，所以选项B是错误的；由于自然光在各个振动方向上的强度相同，所以旋转偏振片时透射亮度不变，即旋转偏振片时亮度不变是因为入射光是自然光，而不是因为透射光不是偏振光，所以选项C错误；偏振现象是很普遍的，而不是只有通过偏振片后才能成为偏振光，平常见到的绝大多数光是偏振光，故选项D错误，只有选项A正确。

答案：A

3. 解析：两偏振片透振方向相同时透过的偏振光最强，两偏振片透振方向垂直时几乎没有偏振光透过。

答案：D

4. 解析：双缝后分别放置偏振片后，由于两偏振片的透振方向相互垂直，不能出现干涉条纹，但仍有光照射到光屏上。

答案：D

5. 解析：如题图所示，因偏振片的透振方向为竖直方向，水平方向振动的光不能透过，太阳光是自然光，故太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光，都能在P的另一侧观察到透射光，只是与竖起方向成45°角振动的光的透射光弱些，故A、B、D正确。

答案：A、B、D

6. 解析：起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过即光强为零。偏振方向平行时，光强度达到最大。当其中一个偏振片转动180°的过程中，两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光先增强，又减少到零，所以答案为A。

答案：A

7. 解析：当两偏振片平行时，透射光强度最强，当两偏振片垂直时，透射光强度最弱，几乎为零。

答案：A、C

8. 解析：偏振片的作用是让它的透振方向与景物周围反射光的偏振方向垂直，不让反射光进入照相机镜头，这样就可以减弱反射光而使景象清晰。

答案：B

9. 解析：通过手指的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹，是光的衍射现象，D不正确。

答案：D

10. 解析：若前窗玻璃的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平的话，从车灯发出的照射到物体上反射的光线将不能透过前窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，所以A错；若前窗玻璃与车灯玻璃的透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照得司机睁不开眼，B错；若前窗玻璃透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向斜向左上45°，则车灯发出的光经物体反射后无法透振进本车车窗内，却可以透振进对面车窗内，C错。正确的措施是D。

答案：D

11. 解析：自然光在柱体表面反射时，反射光与折射光都是偏振光，当使反射光束1和透射光束2恰好垂直时，光束1的光振动方向垂直于纸面，而光束2的光振动方向平行于纸面。当入射光线的方向上加偏振片P后，偏振片与入射光线垂直，其透振方向在纸面内，此时反射光束1应消失，A正确，B、C错误；当偏振片P以入射光线为轴旋转90°角时，其透振方向垂直于纸面，则光束2消失，D正确。

答案：A、D

12. 答案：在水面反射的光对人眼产生干扰，使人不能清楚地看到水面下的东西，从水面反射的光中包含很多偏振光，偏振片眼镜可阻挡这些偏振光进入眼睛，则水中的情景，可以比较清楚地被看到。