高中6 光的偏振 激光导学案

第6节 光的偏振 激光

自主学习·必备知识

教材研习

教材原句

要点一 偏振现象

不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的，这个现象称为 “偏振现象”①。

要点二 激光

1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了 频率相同、相位差恒定、振动方向一致②的光波，这就是激光。

自主思考

①（1）自然光和偏振光的主要区别是什么？

（2）自然光经水面反射的光一定是偏振光吗？

答案：提示 （1）在垂直于传播方向的平面内，自然光沿一切方向振动，偏振光沿某一特定方向振动。

（2）自然光经水面反射和折射的光都是偏振光。

②（1）利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的特点？

（2）什么是激光的“纯净”性？这一性质有何作用？

答案：提示 （1）应用了激光平行度好的特点。

（2）“纯净”性是指频率、相位、偏振以及传播方向等性质完全相同。利用这个特点，双缝干涉实验和衍射实验用激光比用自然光更容易完成。可以用来传递信息。

名师点睛

1.光的偏振现象说明光波属于横波。

2.太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。这种光是自然光。

3.光在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动。这种光叫作偏振光。

4.激光可以进行光纤通信是利用了激光纯净的特性。

互动探究·关键能力

探究点一 光的偏振

情境探究

1.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。根据你所学的物理知识，能不能提出一种解决方法？

答案：提示 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，这样自己车灯发出的光经对面车窗反射后仍能进入自己眼中，而对面车灯发出的光不能进入自己的眼中。

探究归纳

1.自然光和偏振光的比较

2.偏振光的获得

（1）利用偏振片来获得偏振光。让自然光通过偏振片，如图所示，当自然光通过偏振片时，就会变成在某一方向上振动的光。

（2）自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光。

（3）除直接从太阳、电灯等光源发出的光以外，平时我们所看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光（部分偏振光）。而通过偏振片的光只在一个方向振动，是完全偏振光。

3.偏振光的应用

（1）光的偏振现象有很多应用。如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景象不清楚，如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让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象清晰。

（2）夜晚行车时，对方照射过来的光很强，若加一个偏振片，可减弱对眼睛的照射。

（3）立体电影也是利用了光的偏振原理。

探究应用

例 两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面调整至没有光通过。如果将其中的一片旋转 ，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，然后又减弱到零

B.透过偏振片的光强先增强，然后减弱到非零的最小值

C.透过偏振片的光强在整个过程中都增强

D.透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强

答案：

解析：两偏振片的透振方向垂直时，没有光通过；透振方向平行时，光强度达到最大。将其中一个偏振片转动 的过程中，两偏振片的透振方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光先增强，然后又减弱到零，故 正确。

规律总结

自然光通过两偏振片的问题

自然光通过偏振片1后，变为偏振光，偏振光的振动方向与偏振片2的透振方向是否一致影响着透射光的强度，当两者的透振方向平行时，透射光光强最强，当两者的透振方向垂直时，透射光的光强为零。

迁移应用

1.如图所示， 是一偏振片， 的透振方向（用带有箭头的实线表示）为竖直方向。一光束射向 ，该光束的振动方向与 的透振方向成 （用带有箭头的虚线表示）。顺时针（从左向右看）旋转 半周，从另一侧观察到光束的亮度变化情况是(      )

A.先变亮，再变暗

B.先变亮，然后变暗，再变亮

C.先变暗，再变亮

D.先变暗，然后变亮，再变暗

答案：

解析：一光束射向 ，该光束的振动方向与 的透振方向成 ，在顺时针（从左向右看）旋转 半周过程中，光束振动方向与 的透振方向先由夹角为 转到垂直，再由垂直转到平行，最后由平行转至夹角又为 ，则从另一侧观察到光束的亮度先变暗，然后变亮，再变暗，故 、 、 错误， 正确。

2.（多选）在垂直于太阳光的传播方向上前后放置两个偏振片 和 ，在 的后边放上光屏（图中未画出），如图所示，则下列说法正确的是(      )

A. 不动，旋转偏振片 ，屏上光的亮度不变

B. 不动，旋转偏振片 ，屏上光的亮度时强时弱

C. 不动，旋转偏振片 ，屏上光的亮度不变

D. 不动，旋转偏振片 ，屏上光的亮度时强时弱

答案： ;

解析： 是偏振片，它的作用是把太阳光（自然光）转变为偏振光，该偏振光的振动方向与 的透振方向一致，所以当 与 的透振方向平行时，通过 的光强最大；当 与 的透振方向垂直时，通过 的光强最小，即无论旋转 或 ，屏上的光强都是时强时弱。

探究点二 激光

情境探究

1.激光作为一种人造光源，在科研、通信、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用，如激光干涉仪、激光切割机、激光炮等。激光的应用如此广泛，激光到底具有哪些特性？

答案：提示 激光具有单色性好、相干性好、亮度高、平行度好等特性。

探究归纳

1.激光

激光是原子受激辐射产生的光，发出光的传播方向、偏振、相位等性质均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是相干光，激光是人工产生的光。

2.激光的特点及应用

3.激光在科学研究上的应用

（1）以激光为光源，科学家们可以深入研究原子、分子和固体材料的光谱，从而了解这些物质的结构。

（2）利用激光，可以研究分子的运动和化学反应的过程。

（3）利用激光制作的高精度光钟，可以实现对频率和时间的超高精度测量，这是人类能完成的最准确的测量之一。

探究应用

例 （多选）关于应用激光的事例中，下列说法正确的是(      )

A.激光平行度好可以用于测距

B.激光能量十分集中，为治疗近视眼而研制的“激光刀”就利用了这个特点，优点是有效地减少了细菌的感染

C.激光的亮度高，可以用于城市广场照明

D.激光的相干性好，可用于双缝干涉实验

答案： ; ;

解析：激光平行度好，即使传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距， 正确；激光的亮度高，能量十分集中，可应用于金属的加工、激光医疗、激光美容、激光武器等， 正确；激光具有很好的相干性，可应用于双缝干涉实验、全息照相等， 正确；一般照明的灯光是辐射状的，而激光凝聚程度高，亮度高，容易烧坏物体，因此不能用于广场照明，所以 错误。

关键点拨

激光相关问题解题关键

（1）熟记激光的主要特点及应用。

（2）激光作为一种光，具有光的一切性质，能发生衍射、干涉、反射、折射等，遵从反射定律、折射定律等。

迁移应用

1.科学家利用激光干涉方法探测到由于引力波引起的干涉条纹的变化，这是引力波存在的直接证据。关于激光，下列说法中正确的是(      )

A.激光是自然界中某种物质直接发光产生的，不是偏振光

B.激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉

C.用激光照射不透明挡板上的小圆孔时，光屏上能观测到等间距的光环

D.激光全息照片是利用光的干涉记录物体三维图像的信息

答案：

解析：激光是人造光，也是偏振光， 错误；激光相干性好，只有频率相同、相位相同、偏振方向相同的两束激光才会发生干涉， 错误；用激光照射不透明挡板上的小圆孔时，光屏上能观测到衍射条纹，间距不等， 错误；激光全息照片是利用光的干涉记录物体三维图像的信息， 正确。

2.关于激光的应用问题，下列说法中正确的是(      )

A.光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的

B.计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点

C.医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点

D.“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点

答案：

解析：由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性， 错误；计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好， 错误；医疗中的激光“光刀”利用了激光的亮度高的特点， 正确；激光测距利用的是激光平行度好的特点， 错误。

评价检测·素养提升

课堂检测

1.如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片 和 ，以光的传播方向为轴旋转偏振片 或 ，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

答案：

解析：光的偏振现象证明光是一种横波，故 正确。

2.（多选）“假奶粉事件”曾经闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物（糖）的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定糖量。偏振光通过糖水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度 ，这一角度 称为“旋光度”， 的值只与糖溶液的浓度有关，将 的测量值与标度值相比较，就能确定被测样品的含糖量了，如图所示， 是自然光源， 、 是偏振片，转动 ，使到达 处的光最强，最后将被测样品 置于 、 之间，则下列说法中正确的是(      )

A.到达 处光的强度会明显减弱

B.到达 处光的强度不会明显减弱

C.将偏振片 转动一个角度，使得 处光强度最大，偏振片 转过的角度等于

D.将偏振片 转动一个角度，使得 处光强度最大，偏振片 转过的角度等于

答案： ; ;

解析： 、 之间不放糖溶液时，自然光通过偏振片 后，变成偏振光，通过 后到达 处。当在 、 间放糖溶液时，由于溶液的旋光作用，使通过 的偏振光振动方向转动了一定角度，到达 处的光强会明显减弱；但当 转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的光的偏振光振动方向一致时， 处光强又为最强，故 的旋转角度为糖溶液的旋光度；因为 、 的偏振方向一致，故转动偏振片 也可以。

3.（多选）将激光束的宽度聚焦到纳米级 范围内，可修复人体已损坏的器官，可对 分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的(      )

A.单色性好B.平行度好

C.粒子性D.能量高

答案：B; D

解析：激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官。

4.（多选）激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船。激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的(      )

A.单色性好B.平行度好

C.能量高D.相干性好

答案： ;

解析：激光的平行度好且亮度高，可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量，这样可以给推进剂提供高能量， 、 正确。