高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光6 光的偏振 激光课文配套课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光6 光的偏振 激光课文配套课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了偏振现象，偏振现象是横波特有的，惠更斯提出光是纵波，思维导图，玻璃门表面的反光很强，偏光镜，用偏光镜拍摄水底，用偏光镜拍摄天空，立体电影，偏振光的应用等内容，欢迎下载使用。

如何拍摄美丽的自然景物
横波与纵波的区别?什么是横波的偏振现象?
实验一：横波的偏振现象
取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软绳上形成一列横波.
绳波的振动方向与狭缝的方向平行时，传播情况正常；振动方向与狭缝方向垂直时，绳波经过狭缝后消失。这种现象叫做偏振现象
实验二：用一弹簧经过“狭缝”，轻拨弹簧，形成一列弹簧波。旋转狭缝方向，观察弹簧波的情况。
无论“狭缝”如何，弹簧波均正常传播
结论：纵波没有波的偏振现象。
光到底是横波还是纵波？
伟大的物理学家惠更斯最早提出光是纵波，托马斯·杨认为光是一种横波，但在当时他们都缺乏充足的证据证明自己的观点。
托马斯·杨认为光是一种横波
探究活动1：光是横波还是纵波
偏振片：一种由高分子薄膜制成的光学器件，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”。

实验：让光源的光通过一片偏振片
结论：在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向振动的强度相同.
现象：偏振片无论如何转动，光线不会发生变化
太阳、电灯、普通光源发出的光包含了垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且各个方向振动的光波强度都相同，这种光叫自然光。
在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫做偏振光。
实验三：让光源的光通过用两片偏振片(起振器，检偏器)
现象：转动第二片偏振片，光的强弱会发生变化
结论：光也会发生偏振，说明光是横波.
如何判断接收到的光是自然光还是偏振光？
除了太阳、电灯等光源直接发出的光以外，我们见到的绝大部分都是不同程度的偏振光，如自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光大部分都是偏振光。
探究活动2：寻找身边的偏振光
自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。
用偏光镜消除了反射偏振光使玻璃门内的人物清晰可见
汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为了避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，即不用熄灯，也不用减速，可以保证安全行车。
另外，在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分散射光。
偏振式3D技术是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的，通过在显示屏幕上加放偏光板，可以向观看者输送两幅偏振方向不同的画面，当画面经过偏振眼镜时，由于偏振式眼镜的每只镜片只能接收一个偏振方向的画面，这样一来人的左右眼就会收到两组画面，最后经过大脑合成立体影像。
偏光镜头 立体电影
平板玻璃、电极、取向膜
液晶显示器就是利用这一特性，在上下两片栅栏相互垂直的偏光板之间充满液晶，利用电场控制液晶的转动．不同的电场大小就会形成不同的灰阶亮度．
在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。
6、昆虫对偏振光的应用
人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支复眼、两支复眼，每个复眼包含有6300个小眼，这些小眼能根据太阳的偏光确定的方位，然后以太阳为定向标来判断方向，所以蜜蜂可准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛。
再如在沙漠中，如果不带罗盘，人是会迷路的，但是沙漠中有一种蚂蚁，它能利用天空中的紫外偏光导航，因而不会迷路。
3、应用：摄影、汽车、立体电影 、 液晶等
[自我检测]1.正误判断(1)光的偏振现象说明光是横波。(　　)答案 √(2)光的衍射说明光不能沿直线传播。(　　)解析 光的衍射与直线传播是在不同条件下的表现,都是正确的。答案 ×(3)反射可以引起自然光的偏振。(　　)答案 √(4)自然光是偏振光。(　　)答案 ×(5)自然光是在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。答案 ×
例1.(多选)对于光的偏振,下列说法正确的是(　　)A.自然光通过偏振片后成为偏振光B.偏振光不能再通过偏振片C.如果偏振片的透振方向与偏振光的振动方向垂直,偏振光不能透过偏振片D.偏振现象表明光是横波解析 自然光透过偏振片后的光振动方向只沿着偏振片的透振方向,故自然光透过偏振片后变为偏振光,A选项正确;只要偏振光的振动方向与偏振片的透振方向不垂直就能通过偏振片,当两者方向垂直时,偏振光将不能通过偏振片,故B选项错误,C选项正确;偏振现象表明光是横波,D选项正确。答案 ACD
例题2.(多选)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
变式训练1.在拍摄日落时分水面下的景物时,应在照相机镜头前装一个偏振片,其目的是(　　)A.减少阳光在水面上的反射光B.阻止阳光在水面上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进入镜头的强度D.减弱光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度
解析 日落时分的阳光照射到水面上时,反射光很强,照相机镜头对着水面时,进入镜头的光线既有阳光经水面的反射光,又有由水中折射入空气的折射光。前者光线进入镜头得到实际景物在水中的倒影的像,而后者光线进入镜头得到的才是水下景物的像,两者在同一底片上相互干扰,使图像模糊不清。若在镜头上安装一偏振片,转动偏振片方向使其透振方向与反射光的偏振方向垂直,即可最大限度地阻止反射光进入镜头,增强图像的清晰度。答案 B
1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础. 1960年，美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器. 1965年，第一台可产生大功率激光的器件——二氧化碳激光器诞生. 1967年，第一台Ｘ射线激光器研制成功.
激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。它的亮度约为太阳光的100亿倍。激光的原理早在 1916 年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直到 1960 年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业出现。
激光的产生激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是人工产生的相干光。
1960年，美国物理学家梅曼正在进行一项重要的实验。实验装置里有一根人造红宝石棒。突然，一束深红色的亮光从装置中射出，它的亮度是太阳表面的4倍！这是一种完全新型的光，科学家渴望多年而自然界中并不存在的光，它被命名为Laser。
世界上第一台红宝石激光器
激光是相干光，普通光是非相干光！
特点1：相干性好——频率相同、相位差恒定、偏振方向一致
探究实验1：用普通光和激光分别照射双缝，让透过双缝的光照在放置较远的光屏上，看看观察到的现象有什么不同？
探究实验2：将激光和普通光同时照到光屏上，先让光屏靠近光源，再逐渐远离，对比观察光斑大小的变化。
1962年，人类第一次使用激光照射月球，月球距离地球约38万千米，但激光在月球表面的光斑直径不到两千米。
激光亮度可达太阳表面亮度的十亿倍！
亮度极高——能在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量
激光的特点小结(1)激光是人工产生的相干光，其单色性好，相干性好。激光的频率单一，相干性非常好，颜色特别纯。用激光做衍射、干涉实验，效果很好。(2)激光的平行度好。从激光器发出的激光具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。传播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯的光束能扩展到几十米范围。 因此激光在地面上传播时，可以看成是不发散的。(3)亮度高。激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。自然光源亮度最高的是太阳，而目前的高功率激光器，亮度可达太阳的1万倍．
相干性好应用：光纤通讯、激光全息技术
平行度好应用：测距、测速、信息存储和阅读（激光读写）
亮度高：应用：工业切割、焊接、打孔；医学“光刀”；激光武器、利用强激光产生的高压引发核聚变。
[自我检测]2.正误判断(1)激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点。(　　)答案 √(2)激光可做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好的特点。(　　)答案 ×(3)全息照相技术利用激光平行度好的特点。(　　)答案 ×(4)激光不能像无线电波那样用来传播信息。(　　)答案 ×
光盘（ VCD 、DVD ）刻录和读取
激光打标、焊接、切割
激光理疗、组织焊接、激光刀切割以及激光美容等等。
激光反导、激光枪、反卫星武器等激光武器
全息照相 “全息”的意思为“全部信息”，即相对于只记录物体的明暗变化的普通摄影来说，激光全息摄影还能记录物体的空间变化。(1)与普通照相技术的比较：普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还记录了光波的相位信息。(2)原理：全息照相的拍摄利用了光的干涉原理，使参考光和物光在底片上相遇，发生干涉，形成复杂的干涉条纹。这要求参考光和物光必须具有很高的相干性。(3)观察全息照片时要用激光照射照片，从另一侧面观察。
同一激光束被分成两束，参考光直接照到底片上，物光也到达底片。两者干涉，在底片上形成复杂的干涉条纹，各点的明暗程度反映了叠加的加强和减弱的情形。
全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，它是利用参考光和物光发生干涉形成的。
拍摄全息照片的基本光路
全息照片的观看：用激光照射全息照片，在照片的另一侧观看原物体的立体的像。
例题3．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，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人类无奈的癌症、遗传疾病彻底根除。关于激光的特点符合题意的是(　　)A．单色性差　 B．方向性差 C．高能量 D．没有波动性
【解析】激光束的发散角很小，几乎是一束平行的光线；激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中，从而可将激光束制成激光手术刀；另外，由几何光学可知，平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小，再加之激光单色性好，经聚焦后无色散像差，使光斑尺寸进一步缩小，可达微米级以下，甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”，所以选项C符合题意。
例题4.让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,就可以读取光盘上记录的信息,经过处理后还原成声音和图像,这是利用了激光的(　　)A.平行度好,可以会聚到很小的一点上B.相干性好,可以很容易形成干涉图样C.亮度高,可以在很短的时间内集中很大的能量D.波长短,很容易发生明显的衍射现象解析 激光的平行度好,容易会聚成一个很小的光点,让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,传感器把光盘反射的光转化为电信号进行处理,还原出声音或图像,只有选项A正确。答案 A
变式训练3.(多选)关于激光,下列说法正确的是(　　)A.激光是用人工方法激发出的一种特殊的光B.自然界中某些天然物体也可以发出激光C.激光可以像刀子一样切除肿瘤D.由于激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象解析 激光是用人工方法激发的一种特殊的光,具有很强的相干性,故选项A正确;普通光源发出的光是自然光,故选项B错误;医用光刀利用激光方向性好、亮度高、能量强等特点切除肿瘤,故选项C正确;激光是一种特殊的光,光的一切规律都可以直接应用于激光,故选项D错误。答案 AC
1.(多选)关于自然光和偏振光,以下说法正确的是(　　)A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同B.偏振光是垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光C.自然光透过两个偏振片后可还原为自然光D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光
解析 自然光沿各振动方向的光波的强度相同,选项A错误;偏振光在垂直于传播方向上,只沿某一特定方向振动,选项B正确;自然光透过偏振片后成为偏振光,偏振光透过偏振片后不能还原为自然光,选项C错误;太阳、电灯等普通光源发出的是自然光,选项D正确。答案 BD
2．(多选)对于光的偏振，下列说法正确的是(　　)A．自然光通过偏振片后成为偏振光 B．偏振光不能再通过偏振片C．如果偏振片的透振方向与偏振光的振动方向垂直，偏振光不能通过偏振片D．偏振现象表明光是横波
【解析】自然光透过偏振片后的光振动方向只沿着偏振片的透振方向，故自然光通过偏振片后变为偏振光，A选项正确；只要偏振光的振动方向与偏振片的透振方向不垂直就能通过偏振片，当两者方向平行时，透射光强度最大，B选项错误；当两者方向垂直时，偏振光将不能通过偏振片，故C选项正确；偏振现象表明光是横波，D选项正确。
3.(多选)关于自然光和偏振光,以下说法正确的是(　　)A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同B.偏振光是垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光C.自然光透过两个偏振片后可还原为自然光D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光
4.(多选)(2021山东日照高二月考)激光的诞生是一件大事,它使得人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源。下列激光的特性及其应用,正确的是(　　)A.医学上用激光“焊接”剥落的视网膜,是利用激光的相干性B.实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验,是利用激光的相干性C.激光能够比较精确测量地球到月球的距离,是利用激光的平行度好D.激光束很容易在坚硬的材料上打孔,是利用激光的亮度高