4.6光的偏振 激光 教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

4.6光的偏振 激光 〖教材分析〗 本节完整的解释了光是横波，阐述了光的偏振现象，以及光的偏振在生产、生活、科技等方面的应用。偏振现象对于学生来说不好理解，所以教材先从绳波会发生偏振入手，再通过类比去介绍光的偏振。在教学中，重点介绍我国在激光领域的成果。 〖教学目标与核心素养〗 物理观念∶知道光的偏振现象和光是一种横波。 科学思维∶通过比较偏振光和自然光的区别，能运用偏振光的知识看待生活中的光学现象。 科学探究：通过观察光的偏振现象，理解光波的是不一样的横波，有着不同的偏振方向，这一特性。 科学态度与责任∶知道我国在激光领域的先进成果，培养民族自豪感。 〖教学重难点〗 教学重点：光的偏振现象及其应用。 教学难点：偏振光的理解。 〖教学准备〗 弹簧、激光笔等。 〖教学过程〗 一、新课引入 在观看立体电影时，观众要戴上特制的眼镜，如果不戴这副眼镜，银幕上的图像就模糊不清了。这是为什么？ 二、新课教学 （一）偏振 我们已经知道质点的振动方向和波的传播方向垂直的波是横波。质点的振动方向和波的传播方向平行的是纵波。光波的振动情况是不可见的，那么光的波动情况，只能通过其他方式来证明。 窄缝原理：以绳波为例，让绳子穿过一个窄缝，如果绳波的方向与窄缝相同，绳波就可以穿过窄缝继续传播。如果绳波的方向与窄缝垂直，绳波的振动就会带窄缝阻挡，无法穿过窄缝。 明确两个概念： 偏振现象：传播方向相同，振动方向也可能不同。 偏振方向：横波的振动方向。 例如，一列沿水平方 向传播的横波，既可能沿上下方向振动，也可能沿左右方 向振动，还可能沿其他“斜”的方向振动。 而纵波则不同，以声波为例，在声源后放置两条窄缝，无论怎样调节窄缝的方向，剩余的强度都没有变化。再比如弹簧形成的纵波，它也可以穿过相互垂直的两窄缝。 以上例子说明，纵波一定能够通过窄缝，横波不一定。那就可以用窄缝原理来检测光波是横波还是纵波。 （二）光的偏振 思考：光的干涉和衍射现象都说明光是一种波。波又分为横波和纵波，光究竟是横波还是纵波呢？ 可以用窄缝原理来检测光波是横波还是纵波。研究表明，光是一种横波。 窄缝原理做实验准备 利用“偏振片”代替带有狭缝的木板来做光学实验。每个偏振片都有一个特定的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫作“透振方向”。 演示：观察光的偏振现象（播放视频） 如图，让阳光或灯光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些。以光的传播方向为轴旋转偏振片P，透射光的强度变化吗？ 在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片 Q，观察通过两块偏振片的透射光的强度变化。 现象：光照射偏振片在偏振片后方形成明显的光斑，此时两个偏振片的透振方向相同，将第二个偏振片旋转90度，光斑消失。验证：光是一种横波，如果光波是纵波，光强度不变。 分析：实际上，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”。即 自然光：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。 偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动。 偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。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，入射角变化时偏振的程度也有变化。即 一般的反射光和折射光都是偏振光。 （三）偏振现象的应用 1.在摄影中的应用——镜头前装偏振片。 比如拍摄水面下的景物时，水面的反射光比较强，水下的景物非常不清晰，如果在镜头前加一个偏振片，使这个偏振片的透光方向与反射光的偏振方向垂直，就可以把反射光大幅减弱，从而突出水面下景物的清晰度。 2. 车灯和车窗前装上偏振片 晚上会车强光晃眼的问题，相信你也曾经遇到过这种刺眼的灯光，这是很容易发生交通事故，如果在车窗和车灯前装上透振方向是45度的偏振片，自己的灯光可以很清晰的透过自己的车窗，但对面汽车因为是相向而行，它的灯光振动方向恰好与本车窗透振方向垂直，这样就可以消除对面车灯的强烈炫光。 3.看电影时眼镜 利用偏振现象就可以解释课前的问题。 做一做（播放视频） 将一个偏振片放于眼睛的前方，观察通过窗户进入室内的自然光。转动偏振片，你感觉到的明暗有没有明显的变化？ （四）激光的特点及其应用 激光技术已经慢慢被人们所熟知。其实原本自然界不存在激光，是原子受到特定刺激，内部结构发生变化时，从原内部发出的光。 激光：频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波。 问题：激光的优势何在呢？ ①激光的单色性好 例如，我们前面讲过的双缝干涉实验和衍