6.光的偏振 激光-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册创新导学案全书Word（人教版2019）

物理　选择性必修 第一册 RJ 6．光的偏振　激光 1．通过实验，认识偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。2.从光的偏振现象知道光是横波，了解偏振光和自然光的区别。3.知道日常见到的光多数是偏振光，了解光的偏振现象在生产生活中的一些应用。4.了解激光的特点，能列举实例阐述激光的三个特性。 任务　偏振现象　光的偏振 波分为纵波和横波。如图1所示，让绳穿过一块带有狭缝的木板，对于图1甲的情形，绳上的横波能穿过狭缝，而对于图1乙的情形则不能。如图2，在一条弹簧上传播的纵波，无论狭缝的取向如何，波都能穿过。请解释这个现象。 提示：在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的。图1中，狭缝与振动方向平行时，狭缝不影响波的传播，绳上的横波能穿过狭缝，狭缝与振动方向垂直时，狭缝阻止波的传播，绳上的横波不能穿过狭缝。而在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上，所以无论狭缝的取向如何，波都能穿过。 一、偏振 1．横波与纵波的特点：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。 2．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”。 3．偏振方向：横波的振动方向。 二、光的偏振 1．光是一种横波。 2．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，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”。 3．自然光和偏振光 (1)自然光：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。 (2)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的光。 4．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，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。 拓展：平时我们所看到的绝大部分光，除直接从太阳、白炽灯等光源发出的光以外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。 1．判一判 (1)自然光与偏振光之间可以相互转化。(　　) (2)光的偏振现象说明光波属于横波。(　　) (3)只有利用偏振片才能获得偏振光。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)× 2．想一想 (1)自然光和偏振光的主要区别是什么？ 提示：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)自然光经水面反射的光一定是偏振光吗？ 提示：自然光经水面反射和折射的光都一定是偏振光。 (多选)关于光的偏振现象，下列说法正确的是(　　) A．自然界的光都是自然光 B．偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同 C．光发生偏振现象说明光波是横波 D．自然光通过偏振片后成为偏振光，利用另一个透振方向已知的偏振片可以检验出偏振光的振动方向 [解析]　除了从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，故A错误；偏振光沿偏振方向的光波的强度最强，其他方向较弱，故B错误；光发生偏振现象说明光波的振动方向与传播方向垂直，是横波，故C正确；自然光通过一个偏振片后就成为偏振光，旋转另一个透振方向已知的偏振片，当偏振光完全无法通过该偏振片时，可知偏振光的振动方向与该偏振片此时的透振方向垂直，据此可以检验出偏振光的振动方向，故D正确。 [答案]　CD 如图所示，光屏N和偏振片P、Q平行共轴，其中P固定、Q可绕轴转动。开始时Q与P透振方向一致。太阳光沿轴线射向P，Q绕轴线缓慢旋转180°的过程中，透过偏振片到达光屏N上的光的强度(　　) A．始终变强 B．先变强后变弱 C．始终变弱 D．先变弱后变强 (1)什么情况下透过偏振片到达光屏N上的光的强度最强？ 提示：Q与P的透振方向一致时。 (2)什么情况下透过偏振片到达光屏N上的光的强度最弱？ 提示：Q与P的透振方向垂直时。 [解析]　由题意可知，照射到Q的光的振动方向与P的透振方向相同，偏振片Q绕轴转动90°的过程中，偏振片Q与偏振片P的透振方向的夹角不断增大，到达光屏N上的光的强度不断变弱，Q转过剩余90°的过程中，Q与P的透振方向的夹角不断减小，到达光屏N上的光的强度不断增强。综上所述，可知D正确。 [答案]　D 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，当两者平行时，透射光的强度最大，当两者垂直时，透射光的强度为零。 任务　偏振现象的应用 1．偏振滤光片：摄影师在拍摄池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物时，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。 2．立体电影：放映时通过两台放映机，同步放映两组胶片，每架放映机前安装一块偏振片，其透振方向互相垂直。观众所戴偏振眼镜的两只镜片的透振方向互相垂直，且左眼镜片与左机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片与右机前振片的透振方向一致。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。 (多选)下面关于光的偏振现象的应用，说法正确的是(　　) A．光学镜头上的增透膜是利用光的偏振现象 B．茶色眼镜利用了光的偏振现象 C．立体电影利用了光的偏振现象 D．拍摄日落时水面下的景物，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响 [解析]　光学镜头上的增透膜的原理是增透膜两个表面上的反射光叠加后相互削弱，利用了光的干涉现象，故A错误；茶色眼镜利用了材料对不同波长的光的吸收率不同，并呈现出吸收率较低的光的颜色，与偏振现象无关，故B错误；立体电影放映的时候是用双镜头放映机，且两个镜头前放有透振方向互相垂直的偏振片，观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振片，这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像，故C正确；拍摄日落时水面下的景物，为减弱水面反射光的影响，可以在镜头的前面装一个透振方向与水面反射光的振动方向相互垂直的偏振片，故D正确。 [答案]　CD 任务　激光的特点及其应用 1．1960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、振动方向一致的光波，这就是激光。 注：激光是相干光，是人工产生的光，自然界不存在激光。 2．激光的特点及其应用 (1)激光具有高度的相干性，激光纯净的特性能在实际应用中带来很多方便。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。激光还能用来传递信息，光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物。 (2)激光的平行度非常好，在传播很远的距离后仍能保持一定的强度。 因此激光可以用来进行精确的测距，还可以利用激光束等各种实用的指向设备，为枪械、火炮、导弹等武器提供目标指引。 (3)激光的亮度很高，它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。 因此，可以利用激光束来切割、焊接，以及在很硬的材料上打孔，医学上可以用激光做“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤，还可以用激光“焊接”剥落的视网膜。 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。 判一判 (1)激光用于光纤通信是利用了它亮度高的特点。(　　) (2)激光可用做“光刀”来切开皮肤，是利用了激光的纯净性好。(　　) 提示：(1)×　(2)× (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 [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，A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，B正确；激光具有很好的相干性，可应用于双缝干涉实验等，D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C错误。 [答案]　ABD 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。 [跟进训练]　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下物体三维图像的信息 答案：D 解析：激光是人造光，也是偏振光，A错误；激光相干性好，只有频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两束激光才会发生干涉，B错误；用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到衍射条纹，间距不等，C错误；激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息，D正确。 课后课时作业 知识点一　偏振现象　光的偏振 1．关于自然光和偏振光，下列观点正确的是(　　) A．自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光却不能 B．只有自然光透过偏振片才能获得偏振光 C．自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光 D．自然光和偏振光都能使感光底片感光 答案：D 解析：自然光和偏振光都能发生干涉、衍射现象，A错误；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，B错误；光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，C错误；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，D正确。 2．(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相同 B．偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光 C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光 D．太阳、白炽灯等普通光源发出的光都是自然光 答案：BD 解析：按自然光和偏振光的定义，自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，而偏振光是在垂直于传播方向上，只沿某一特定方向振动的光，A错误，B正确；太阳、白炽灯等普通光源发出的光都是自然光，自然光经过一个偏振片时，只有振动方向平行于偏振片透振方向的光才能完全通过偏振片，故自然光透过一个偏振片后变成偏振光，但偏振光再通过一个偏振片时，当偏振片的透振方向与偏振光的振动方向平行时，能通过偏振片，但仍然是偏振光，不是自然光，当透振方向与光振动方向垂直时，偏振光不能透过偏振片，故C错误，D正确。 3．(多选)如图所示，位于S处的电灯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 答案：BD 解析：从电灯直接发出的光为自然光，它通过偏振片A后，变为偏振光，则A错误，B正确；由人眼在P处看不到光亮可知，A、B两偏振片的透振方向相互垂直，当以SP为轴将B转过180°后，两偏振片的透振方向仍垂直，在P处仍看不到光亮，当以SP为轴将B转过90°后，两偏振片的透振方向平行，在P处将看到光亮，C错误，D正确。 4．将a、b两偏振片分别放于两只眼睛的前方，a偏振片观察通过小孔进入室内的自然光，b偏振片观察光滑桌面反射来的自然光，同时转动偏振片。观察到光的情况(　　) A．a的亮暗交替变化 B．b的亮暗交替变化 C．a、b的亮暗均交替变化 D．a、b的亮度保持不变 答案：B 解析：自然光沿着垂直于传播方向上的各个方向振动的光波的强度都相同，自然光经过a偏振片后变为偏振光，当转动a偏振片时，通过a的光的强度不变，a的亮度保持不变；自然光经过光滑桌面反射后，反射光为偏振光，当转动b偏振片时，反射光的振动方向与b的透振方向的夹角不断变化，通过b的光的强度发生变化，b的亮暗交替变化。故B正确，A、C、D错误。 知识点二　偏振现象的应用 5．在日落时分拍摄水面下的景物，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．最大限度地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 答案：B 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，折射光线进入镜头所摄得的照片才是水下景物的像。在镜头前安装一个偏振片，转动偏振片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，B正确。 6．如图所示是观看立体电影时放映机镜头上的偏振片和观看者所戴的偏光眼镜的配置情况，其中正确的是(　　) 答案：B 解析：立体电影是利用光的偏振现象来实现的。两台放映机同时放映着从不同角度同时拍摄的场景，并且放映机采用正好垂直的偏振光进行放映，观看者所戴的眼镜左、右镜片的透振方向正好也相互垂直。只有透振方向与某束偏振光的偏振方向平行的镜片才能透过该束偏振光，这样，两只镜片分别只能透过来自两台放映机中某一台的偏振光，则观看者同时能获得两束带有不同信息的光线，在脑海中便能复合成立体感很强的场景，所以B图所示情况正确。 知识点三　激光的特点及其应用 7．(多选)以下说法中正确的是(　　) A．激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性 B．由于激光的方向性好，所以激光不能产生衍射现象 C．光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物 D．科学家可以利用激光研究化学反应的过程 答案：ACD 解析：激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性，故A正确；激光相干性好，可以发生干涉、衍射现象，故B错误；光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，故C正确；科学家可以利用激光研究化学反应的过程，故D正确。 8．下列关于激光的特性及其应用的说法，正确的是(　　) A．实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光频率单一，相干性好 B．医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的平行度好 C．激光束很容易在坚硬的材料上打孔，是利用激光的相干性好 D．激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光的速度大 答案：A 解析：实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光频率单一，相干性好，故A正确；医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，以及激光束很容易在坚硬的材料上打孔，都是利用激光的亮度高，故B、C错误；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，故D错误。 9．夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照射得睁不开眼，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；同时汽车的前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与对方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° 答案：D 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，从车灯发出的光照射到物体上反射回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错误；若前窗玻璃与车灯玻璃透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照射得司机睁不开眼，B错误；若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°，则车灯发出的光经物体反射后无法透射进本车窗内，却可以完全透射进对面车窗内，C错误；若前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°，从车灯发出的光照射到物体上反射回的光能透过前窗玻璃，对面车灯的光偏振方向与前窗玻璃的透振方向垂直，无法透过前窗玻璃，故D正确。 10．(多选)旋光仪可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关。将θ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，则下列说法中正确的是(　　) 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处光强度最大，偏振片B转过的角度等于θ D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于θ 答案：ACD 解析：偏振片只能让一定偏振方向的光通过，没有样品时，要使到达O处的光最强，偏振片A、B的透振方向应相同；当放入样品时，由于样品的“旋光角”是θ，光线经过样品后偏振方向不再与B的透振方向平行，故到达O处光的强度会明显减弱，A正确，B错误；偏振片B转过的角度等于θ，使偏振片B的透振方向与偏振光的偏振方向平行时，光到达O处的强度将再次最大，C正确；同理，D正确。 11．如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，在单色自然光源S后加一偏振片P，________看到干涉条纹；在此基础上，再在S1、S2后分别加偏振片P1、P2，P1与P2的透振方向垂直，________看到干涉条纹。(均选填“能”或“不能”) 答案：能　不能 解析：在单色自然光源S后加一偏振片P后，到达S1、S2的光是从同一线偏振光分解出来的，它们的振动方向相同，相位差恒定，满足相干条件，能看到干涉条纹；再在S1、S2后分别加偏振片P1、P2后，由于P1、P2的透振方向相互垂直，从P1、P2射出的光的振动方向相互垂直，不满足干涉条件，故不能看到干涉条纹。 12．一束红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一列光脉冲，若这种激光器产生的光脉冲的持续时间为1.0×10－11 s，波长为694.3 nm，发射功率为1.0×1010 W。求： (1)每列光脉冲的长度； (2)用这种激光照射皮肤色斑，每1 cm2皮肤吸收的能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一个色斑的面积为50 mm2，则它需要吸收多少列红宝石激光脉冲才能逐渐消失？ 答案：(1)3.0×10－3 m　(2)300列 解析：(1)光脉冲的持续时间即为发射一列光脉冲所需的时间。每列光脉冲的长度 Δl＝c·Δt＝3.0×108×1.0×10－11 m＝3.0×10－3 m。 (2)一列光脉冲所携带的能量ΔE＝P·Δt＝1.0×1010×1.0×10－11 J＝0.1 J。 设使1 cm2色斑逐渐消失所需能量为E，则清除面积为50 mm2的色斑需要光脉冲数为n＝E··＝60××＝300。 13．(多选)电子表的显示屏利用了液晶的旋光性，当液晶上不加电压时，偏振光通过液晶时偏振方向会被旋转90°，这就是液晶的旋光性；如果在液晶上加上电压，则旋光性消失。有一种透光式电子表的显示屏是透明的，而在显示数字的笔画处不透光，则关于该显示屏，下列说法正确的是(　　) A．笔画处有电极，因此加上电压时变为不透明的 B．笔画处没有电极，其余部分有电极 C．上下两个偏振片的透振方向互相垂直 D．上下两个偏振片的透振方向互相平行 答案：AC 解析：由题知电子表的显示屏透明，而组成数字的笔画处有时透明，有时不透明，可知笔画处有电极，当加上电压时变为不透明的，其余部分没有电极，始终透明，所以加上电压时笔画处显示数字，A正确，B错误；电子表的显示屏是透明的，假设光从下向上传播，光线通过下偏振片时成为偏振光，如果液晶上不加电压，偏振光通过液晶时偏振方向旋转90°，此时光线能透过上偏振片，可知上偏振片的透振方向应与此时偏振光的偏振方向相同，即与下偏振片的透振方向垂直，C正确，D错误。 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