4.6 光的偏振 激光-【物理优课PPT】高中物理选择性必修第一册同步PPT课件（人教版2019）

nullnullnullnullnull 授课老师：物理优课PPT 人教版（2019） 选择性必修 第一册 第四章 ：光 The polarization of light by laser 偏 振 01 光的 偏振 02 偏振现象的应用 03 激光的特点及其应用 04 典 型 例 题 05 学习目标 01 通过观察光的偏振现象，知道光是横波。 02 知道偏振光和自然光的区别，能运用偏振知识解释生活中的一些常见光学现象。 03 了解偏光的特性，能举例说明激光技术在生产生活中的应用。 3 课堂引入 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？ 4 课堂引入 摄影师又是如何拍摄下清晰的画面的呢？带着这些疑问让我们一起开启今天的学习之旅。 5 课堂引入 摄影师又是如何拍摄下清晰的画面的呢？带着这些疑问让我们一起开启今天的学习之旅。 6 （一）温故旧知 光的干涉和衍射说明光具有波动性，但光波是横波还是纵波？ 什么是横波？什么是纵波？ 不同的横波振动方向可能不同 在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上；在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。 7 （二）偏振 如图是一列横波，当这列横波穿过两个带有狭缝的木板时, 狭缝的方向与波的振动方向相同，横波是否可以穿过？ 如图当我们将后一块木板旋转900以后，这时横波就是否能再通过狭缝？ 纵波会不会发生以上情况？ 横波能穿过狭缝 横波不能穿过狭缝 纵波不会发生以上情况 8 （二）偏振 由此可以看出横波和纵波的区别在哪里？ 横波能够发生偏振现象而纵波不能发生偏振现象，这就是横波与纵波的一个区别。 光的干涉和衍射说明光具有波动性，那么光波是横波还是纵波呢？ 只要看它能否发生偏振现象就可以啦! 9 （二）偏振 10 （二）偏振 光波振动方向与偏振片缝隙平行，光波能够传波过去，振动方向与缝隙垂直时，光波不能够通过。 11 偏 振 光的 偏振 01 偏振现象的应用 03 激光的特点及其应用 04 典 型 例 题 05 02 二、光的偏振 实物 示意图 箭头表示透振方向 1．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”。 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。 13 二、光的偏振 2.自然光：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”（图 ）。 太阳光是自然光 14 二、光的偏振 3．偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的光叫偏振光。 P Q 自然光 偏振光 起偏器 检偏器 15 二、光的偏振 16 二、光的偏振 17 二、光的偏振 18 二、光的偏振 19 二、光的偏振 P 明 甲 P Q （弱） 乙 明 暗 丙 P Q 20 二、光的偏振 当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变。 当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱。 当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零。 怎样解释上面的实验呢？如果光波是纵波，上面演示的现象是否会发生？ 21 二、光的偏振 3.光是一种横波 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。 光振动垂直于纸面 光振动在纸面内 光是一种横波 22 二、光的偏振 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。 23 二、光的偏振 例1、在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片 P 和 Q，在 Q 的后边放上光屏，如图所示，则下列说法正确的是( 　　) A．Q 不动，旋转偏振片 P，屏上光的亮度不变 B．Q 不动，旋转偏振片 P，屏上光的亮度时强时弱 C．P 不动，旋转偏振片 Q，屏上光的亮度不变 D．P 不动，旋转偏振片 Q，屏上光的亮度时强时弱 E．偏振现象表明光是横波 BDE 24 偏 振 光的 偏振 01 偏振现象的应用 激光的特点及其应用 04 典 型 例 题 05 03 02 三、偏振现象的应用 未使用偏振镜前 使用偏振镜后 摄影师在拍摄水面上时，由于水面和玻璃表面的反射光的干扰，景象会不清楚。如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，转动滤光片，让它的透振方向与水面和玻璃表面的反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰。 26 三、偏振现象的应用 1.摄影 镜头未加偏振片时 拍摄的橱窗 加偏振片时拍摄的橱窗 （减弱反射光，使景象清晰） 27 三、偏振现象的应用 1.摄影 镜头未加偏振片时 拍摄的花 镜头加偏振片时 拍摄的花 28 三、偏振现象的应用 1.摄影 用偏光镜消除了反射偏振光使玻璃门内的人物清晰可见 玻璃门表面的反光很强 偏光镜 29 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。 三、偏振现象的应用 2、汽车 30 三、偏振现象的应用 2、汽车 未装偏振照明灯的情景 安装偏振照明灯的情景 31 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。 三、偏振现象的应用 2、汽车 32 三、偏振现象的应用 3、立体电影 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。 33 三、偏振现象的应用 3、立体电影 34 4、液晶显示 三、偏振现象的应用 偏振片 偏振片 平板玻璃、电极、取向膜 液晶 旋光性 35 4、液晶显示 三、偏振现象的应用 偏振片 偏振片 平板玻璃、电极、取向膜 液晶 加电压旋光性消失 36 三、偏振现象的应用 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。 37 三、偏振现象的应用 5、偏光太阳镜 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。 38 三、偏振现象的应用 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。 39 三、偏振现象的应用 6、昆虫对偏振光的应用 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。 40 偏 振 光的 偏振 01 偏振现象的应用 激光的特点及其应用 典 型 例 题 05 02 04 03 四、激光的特点及其应用 阅读课文，回答普通光为什么不容易发生干涉？ 普通光源发出的自然光是许多频率、相位、偏振以及传播方向各不相同的光的杂乱无章的混合。这导致两个独立的普通光源发出的光不会发生干涉。 阅读课文，什么是激光？ 1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了传播方向、偏振、相位等性质完全相同的光波，这就是激光。 42 四、激光的特点及其应用 1、相干性：激光是一种人工产生的相干光。 相干性应用：光纤通讯、激光全息技术 43 四、激光的特点及其应用 2、平行度非常好：从地面上发射的一束极细的激光束，到达月球表面时，也只发散成直径 lm 多的光斑，因此激光在地面上传播时，可以看成是不发散的。 应用：测距、测速、信息存储和阅读 手持式雷达测速仪 手提激光测距仪 44 四、激光的特点及其应用 3、亮度高：所谓亮度，是指垂直于光线平面内单位面积上的发光功率，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。 应用：工业切割、焊接；医学“光刀”；利用强激光产生的高压引发核聚变。 氧化熔化激光切割 激发核聚变 45 四、激光的特点及其应用 46 四、激光的特点及其应用 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。 47 四、激光的特点及其应用 拍摄全息照片的基本光路 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。 参考光 照相底片 反射光 物光 物 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。 48 四、激光的特点及其应用 全息照片的观看 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。 照明光 全息照片 人眼 彩色全息苹果图 激光全息图－根 49 四、激光的特点及其应用 英女王的全息照片 50 课堂小结 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”。 51 课堂小结 光的偏振 光的偏振自然光在通过偏振片 P 时，只有振动方向与偏振片的透振方向一致的光波才能顺利通过。也就是说，通过偏振片 P 的光波，在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动。这种光叫作偏振光（polarized light）。 52 课堂小结 激 光 相干性、平行度非常好、亮度高。 53 偏 振 光的 偏振 01 偏振现象的应用 激光的特点及其应用 典 型 例 题 04 02 05 03 典型例题 【例1】(多选)关于光的偏振，下列说法正确的是（　　 ） A．自然光通过偏振片后就变成了偏振光； B．立体电影就利用了光的偏振现象； C．在拍摄日落时水面、池中的鱼等景物时，可在镜头前装一偏振滤光片，使图像清晰； D．一束自然光在界面上发生反射与折射，反射光与折射光都是偏振的，且偏振方向都相同。 ABC 55 典型例题 【例2】物理知识在生活中有广泛的应用，下列关于光学知识应用，描述错误的是（　　） A．图1医用内窥镜运用了光的全反射原理 B．图2液晶屏显像利用了光的偏振现象 C．图3照相机镜头表面增透膜运用了光的干涉原理 D．图4全息照相运用了光的衍射原理 D 56 典型例题 【例3】如图所示，让太阳光（自然光）通过M上的小孔S后照射到M右方的偏振片P上，P的右侧再放一光屏Q，现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周，则关于光屏Q上的亮度变化情况，下列判断中正确的是（　　） A．图1医用内窥镜运用了光的全反射原理 B．图2液晶屏显像利用了光的偏振现象 C．图3照相机镜头表面增透膜运用了光的干涉原理 D．图4全息照相运用了光的衍射原理 B 57 典型例题 【例4】如图所示，下列说法不正确的是（　　） A．图甲中，P、Q 是偏振片，M 是光屏，当P 固定不动，缓慢转动 Q 时，光屏M上的光亮度将会变化，此现象表明光波是横波 B．图乙是双缝干涉示意图，若只减小屏到双缝间距离L，两相邻亮条纹间距离将减小 C．图乙中用白光进行实验，中央亮条纹是彩色的，两侧条纹也是彩色的 D．利用红外线进行遥感主要是因为红外线的波长长，容易发生衍射 C 58 典型例题 【例4】（多选）食品安全检验中碳水化合物（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，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间。以下说法中正确的是（ ） A．到达O处光的强度会明显减弱 B．到达O处光的强度不会明显减弱 C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片B转过的角度等于α D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片A转过的角度等于α ACD 59 典型例题 【例5】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，其透振方向正好与对面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．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是竖直的 C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上450，车灯玻璃的透振方向是斜向左上450 D．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上450 D 60 授课老师：物理优课PPT 人教版（2019） 选择性必修 第一册 第四章 ：光 The polarization of light by laser Lavf58.29.100 vid:v0d00fg10000c389ibn0ak0udtnvo020 Lavf60.3.100 F00000000NXU Transcoded by Arctime Pro 4.3 Lavf60.3.100 F00000000NXU Transcoded by Arctime Pro 4.3 Lavf60.3.100 F00000000NXU Transcoded by Arctime Pro 4.3 Lavf58.12.100 $$nullnullnullnull