4.6光的偏振 激光 导学案-2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理导学案围绕光的偏振和激光展开，通过软绳横波与弹簧纵波的狭缝实验类比偏振片作用，引导学生从机械波过渡到光波，梳理偏振现象、偏振片、自然光与偏振光及应用，建立前后知识联系的学习支架。 资料以科学思维中的模型建构和类比思想为特色，结合实验验证深化光的横波物理观念，典型例题与分层练习覆盖偏振应用和激光特性，联系摄影、立体电影等生活实例，培养学生解决实际问题的能力与科学态度。

教学内容 光的偏振 激光 知识梳理 知识点1偏振 1.偏振现象 波分为纵波和横波.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.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”。 2.偏振方向：横波的振动方向称为“偏振方向”。 3.实验验证：取一根软绳，一端固定，手持另一端上下抖动，在软绳上形成一列横波，质点在竖直平面内沿着上下方向振动.现在让软绳穿过一块带有狭缝的木板。将狭缝与振动方向平行放置，可以看到横波能够穿过狭缝（如图甲所示）；而当狭缝与振动方向垂直放置时，横波不能穿过狭缝（如图乙所示）。横波在与传播方向垂直的平面内各方向的振动互不相同，这种性质称为偏振.如果将这根软绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成的纵波，不管狭缝的方向如何，纵波总能穿过狭缝（如图丙所示）。 该实验体现了类比的思想方法： (1)用带有狭缝的长木板对应后面的偏振片。 (2)通过狭缝后机械波振动强弱对应通过狭缝后光的明暗。 (3)绳波的传递要受狭缝转动的影响, 经过偏振片的光也要受偏振片转动的影响。 重点：偏振是横波特有的性质. 知识点2光的偏振 1.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”。 偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实狭缝。 2.光的偏振 取一个偏振片P，让阳光或灯光通过偏振片P，与偏振片透振方向相同的光能通过偏振片，如图甲所示。 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，当偏振片Q与P的透振方向平行时，穿过Q的光最强，如图乙所示。 当Q与P的透振方向垂直时，光不能透过Q，如图丙所示。 3.自然光和偏振光 (1)自然光：太阳、电灯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叫偏振光.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，人射角变化时偏振的程度也有变化。 重点：光的偏振现象说明光是横波。 知识点3偏振现象的应用 1.在照相机镜头前加上偏振滤光片减弱反射光 在拍摄表面光滑的物体时，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光.如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，并适当地旋转偏振滤光片，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，使物体的影像清晰。 2.摄影时控制天空亮度，使蓝天变暗 由于空中存在大量的偏振光，所以用偏振滤光片能够调节天空的亮度，加用偏振滤光片以后, 蓝天变得很暗, 突出了蓝天中的白云. 偏振滤光片是灰色的,所以在黑白和彩色摄影中均可以使用。 3.使用偏振镜看立体电影 在拍摄立体电影时，用两个摄影机，相当于人的两只眼睛，它们同时分别拍下同一物体的两个画面，放映时把两个画面同时放映在银幕上，如果设法使观众的一只眼睛只能看到其中一个画面，就可以使观众得到立体感.为此，在放映时，有两个放像机，每个放映机镜头前放一个偏振片,两个偏振片的偏振方向相互垂直, 观众戴上用偏振片制成的眼镜, 左眼偏振片的偏振方向与左面放映机上的偏振方向相同，右眼偏振片的偏振方向与右面放映机上的偏振方向相同，这样，银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观看，在人的脑海中就形成立体化的影像了。 4.汽车使用偏振片防止夜晚对面车灯晃眼 在夜间行车时，迎面开来的汽车的车灯眩光常常使司机看不清路面，容易发生事故.在每辆车的车灯玻璃上和司机座椅前面的挡风玻璃上各安装一块偏振片，并使它们的透振方向跟水平方向成45°角，就可以解决这一问题，从对面车灯射来的偏振光，由于振动方向跟司机座椅前挡风玻璃偏振片的透振方向垂直，故不会射进司机眼里：而从自己的车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己挡风玻璃上的偏振片的透振方向相同，故司机仍能看清自己的车灯照亮的路面和物体。 5.电子表的液晶显示用到了偏振光 在两块透振方向相互垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，盒内液晶层的上下侧是透明的电极板，它们刻成了数字笔画的形状，外界的自然光通过第一块偏振片后，成了偏振光.这束光在通过液晶时，如果上下两极板间没有电压，光的偏振方向会被液晶旋转90°（这种性质叫作液晶的旋光性），于是它能通过第二块偏振片，第二块偏振片的下面是反射镜，光线被反射回来，这时液晶盒看起来是透明的，但在上下两个电极间有一定大小的电压时，液晶的性质改变了，旋光性消失，于是光线通不过第二块偏振片，这个电极下的区域变暗，如果电极刻成了数字笔画的形状，用这种方法就可以显示数字。 知识点4激光的特点及其应用 1.普通光源的发光机理及特点 (1)发光机理:光是从物质的原子中发射出来的, 原子获得能量以后处于不稳定状态, 它会以光的形式把能量发射出去。 (2)特点:普通的光源(如白炽灯), 灯丝中某个原子在什么时刻发光、在哪个方向偏振，完全是随机的，发出的光传播方向各异，频率也不一定相同，这导致不同原子发出的光没有确定的相位差.两个独立的普通光源发出的光在叠加时, 一会儿在空间的某点相互加强，一会儿又在这点相互削弱，不能形成稳定的亮区和暗区，不会发生干涉，是非相干光。 2.激光的特点及其应用 频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波叫作激光.激光是原子受激辐射产生的光，是人工产生的光。 特点 应用 高度的相干性:激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 光纤通信 平行度非常好：在传播很远的距离后仍能保持一定的强度 激光测距、激光读写（光盘）等 亮度高：它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量 激光束切割、焊接；激光（光刀）手术等 重点：激光测距 由于激光的平行度好，所以在传播很远的距离后仍能保持一定的强度.激光的这个特点使它可以用来进行准确的测距，对准目标发射一个极短的激光脉冲，测量从发射至收到反射回波的时间间隔 △t, 就可以根据求出目标的距离。激光测距雷达就是根据这个原理制成的。 3.全息照相 (1)普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息, 而全息照相技术还可以记录光波的相位信息。 (2)原理：全息照片的拍摄利用了光的干涉原理。 同一激光束被分为两部分，一部分直接照射到底片上（称为参考光），另一部分通过被拍摄物反射后再到达底片（称为物光）.两者干涉, 底片上各点的感光程度不仅随强度, 还随两束光的相位关系（反射光的光程与参考光不同）而不同, 所以全息照相不仅记录了物体的反光强度, 而且记录了相位信息. 人眼直接去看底片, 只能看到像指纹一样的干涉条纹.但是如果用激光去照射, 人眼透过底片就能看到被拍摄物的三维立体像。 (3)特点：三维立体像；改变角度可以看见被遮挡的部分；一小部分可以还原全貌；一张底片上可存储多张图片。 典型例题 题型1偏振现象 例1、下列有关偏振现象和偏振光的说法中正确的是 A.横波能发生偏振，纵波也能发生偏振 B.只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振 C.自然条件下不存在偏振光， 自然光只有通过偏振片才能变为偏振光 D.照相机镜头前加装偏振片，可以减弱水面反射光的影响 【答案】D 例2、（多选）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，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 【答案】BD 题型2偏振现象的应用 例3、（多选）小明同学在假期旅游期间学习摄影, 他发现照相机镜头呈现淡紫色，他拍摄了两张照片：甲图的湖泊远景照中，能看到树木的清晰倒影，看不到水面下景物：乙图的湖水近景照中，能清楚看到鱼、石头等水下景物，则 A.镜头呈现淡紫色是镜头表面镀膜使光发生干涉的结果 B.甲图树木倒影非常清晰是因为来自树木的光在水面发生了全反射 C.乙图水下景物的光射到水面时因入射角较小致反射光强而折射光弱 D.拍摄乙图时若安装透振方向与水面反射光偏振方向垂直的偏振片将更清晰 例4、（多选）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.激光能够比较精确地测量地球到月球的距离，是利用激光的平行度好 D.激光束很容易给坚硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高 【答案】BCD 题型4激光的应用 例5、利用激光遇到物体发生反射的特点，可以测定物体的有关参量，如图甲所示，B为固定的集激光发生器和接收器于一体的装置，C为一辆在水平地面上做匀速直线运动的小车.现使B对准匀速行驶的小车C，使B每隔固定时间T。发射一激光脉冲，即如图乙所示幅度较大的波形，B接收的由小车C返回的激光脉冲为如图乙所示幅度较小的波形，发射、接收激光脉冲的时间间隔如图乙中所示，T、T、AT均为已知，则根据所给信息判断小车的运动方向为 （填“向左”或“向右”），速度大小为 （光速为c)。 【答案】向右 课堂练习 1-1、（多选）如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片P和Q，人眼在M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SM为轴将Q转过180°后，在M处将看到光亮 D.以SM为轴将Q转过90°后，在M处将看到光亮 【答案】BD 2-1、如图所示，两光屏间放有两个偏振片，它们四者平行共轴,现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，则关于光屏上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是 A.光屏上光的亮度保持不变 B.光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动 C.光屏上有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线 D.光屏上光的亮度会时亮时暗 【答案】D 3-1、（多选）如图所示是立体电影的工作原理图，观众戴上一副特殊的眼镜就能看到由立体电影放出的立体图像，关于立体电影，以下说法正确的是 A.观众戴上特制眼镜是为了防止伤害眼睛 B.这副眼镜其实就是一对偏振方向互相垂直的偏振片 C.戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看，则银幕上只是一片光亮而无图像 D.产生立体视觉是因为人的两只眼睛同时观察物体时，在视网膜上形成的像并不完全相同 【答案】BD 4-1、激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点, 在科学技术和日常生活中应用广泛, 下列关于激光的叙述正确的是 A.激光是纵波 B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同 C.两束频率不同的激光能产生干涉现象 D.利用激光平行度好的特点可以进行精确的测距 【答案】D 5-1 、如图所示为玻璃厚度检测仪的原理简图，其原理是：固定一束激光AO以不变的入射角照射到MN表面，折射后从PQ表面射出，折射光线最后照射到光电管C上，光电管将光信息转变成电信号，依据激光束在C上移动的距离，可以确定玻璃厚度的变化设入射角=45°，折射角为r，玻璃对该光的折射率为，C上的光斑向左移动了△s，则可确定玻璃的厚度比原来变 （填“厚”或“薄”)了 。 【答案】厚、 课后作业 1、关于光的偏振现象，下列说法中正确的是 A.偏振光沿着各个方向振动的光波的强度都相同 B.自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光 C.茶色眼镜利用了光的偏振现象 D.照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用 【答案】B 2、（多选）关于激光的应用，下列说法中正确的是 A.光纤通信是应用激光平行度好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息 B.计算机内的“激光头”读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点 C.医学上可用激光做“光刀”切除肿瘤是应用激光亮度高的特点 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平行度好的特点 【答案】BCD 3、（多选）如图所示，P、Q为两偏振片，一束自然光沿00'方向射向P，此时在光屏C上透射光的强度最大，则下列说法中正确的是 A.此时P、Q的透振方向平行 B.只有将Q绕00'轴顺时针旋转90°，屏上透射光的强度才会最弱，几乎为零 C.将P或Q绕00'轴旋转90°，屏上透射光的强度最弱几乎为零 D.将P沿顺时针旋转180°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零 【答案】AC 4、在拍摄日落时水面下的景物时，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.减弱阳光在水面的反射光进入镜头的强度 C.增强阳光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度 D.减弱阳光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度 【答案】B 5、（多选）如图所示，P是偏振片，P的透振方向（用带有箭头的实线表示）为竖直方向.下列四种入射光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光 A.太阳光 B.沿竖直方向振动的光 C.沿水平方向振动的光 D.沿与竖直方向成45°角振动的光 【答案】ABD 6、(多选)关于光的偏振现象及应用，下列说法正确的是 A.全息照相利用了光的偏振现象 B.在照相机镜头前加一个增透膜，可以增加透射光强度。这是利用了光的偏振现象 C.拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减弱反射光的强度 D.观看3D电影时戴上特制的眼镜会产生立体视觉，这是利用了光的偏振现象 【答案】CD 7、在杨氏双缝干涉实验装置的双缝后面各放置一个偏振片，若两个偏振片的透振方向相互垂直，则 A.光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹的亮度减弱 B.光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹的亮度增强 C.干涉条纹消失，光屏上一片黑暗 D.干涉条纹消失，但仍有光照射到光屏上 【答案】D 8、（多选）如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，让太阳光或白炽灯光通过狭缝S形成细光束从空气射向柱体的0点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2.现保持入射光不变，将半圆柱绕通过0点垂直于纸面的轴线转动，使反射光束1和透射光束2恰好垂直，在入射光线的方向上加偏振片P，偏振片与入射光线垂直，其透振方向在纸面内，这时看到的现象是 A.反射光束1消失 B.透射光束2消失 C.反射光束1和透射光束2都消失 D.偏振片P以入射光线为轴旋转90°，透射光束2消失 【答案】AD 9、如图所示，S为一点光源，P、Q是偏振片，R是一光敏电阻（光线越强，阻值越小），R1、R2是定值电阻，电流表和电压表均为理想电表，电源电动势为E，内阻为r。则当偏振片Q由图示位置转动90°的过程中，电流表和电压表的示数变化情况为 A.电流表的示数变大，电压表的示数变小 B.电流表的示数变大，电压表的示数变大 C.电流表的示数变小，电压表的示数变大 D.电流表的示数变小，电压表的示数变小 【答案】B 10、如图所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的透振方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化.设起偏器和检偏器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，正确的说法是 A.到达检偏器的光的透振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大 B.到达检偏器的光的透振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大 C.到达检偏器的光的透振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小 D.到达检偏器的光的透振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小 【答案】B 11、假设所有的汽车前窗玻璃和车灯玻璃均按同一要求设置，使司机不仅可以防止迎面开来的汽车的强光刺激，也能看清自己车灯发出的光所照亮的物体.以下措施中可行的是 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也是竖直的 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.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向也是斜向右上45° 【答案】D 12、偏振光通过不加电压的液晶时，光的偏振方向会被液晶旋转，这种性质叫液晶的旋光性.用人工方法也可以产生旋光效应，其中最重要的是磁致旋光效应.当偏振光沿着（或逆着）磁场方向透过样品时，偏振方向会旋转一个角度α。实验表明，磁致旋光效应有如下规律：①对于给定的介质，偏振方向转过的角度α与样品的长度和磁感应强度B的乘积成正比，即：α=kB，k为比例系数。②偏振光沿着磁场方向通过样品，逆着光的传播方向看，偏振方向顺时针转过一个角度；逆着磁场方向通过样品，逆着光的传播方向看，偏振方向逆时针转过一个角度.利用磁致旋光的这一特点可以制成光隔离器，即只允许光从一个方向通过而不能从反方向通过。现使一束激光（偏振光）通过一偏振片（偏振方向与透振方向平行），沿着磁场方向通过某一样品后垂直射到一玻璃砖，会有部分光反射，如图所示，为了消除反射光对前面装置的影响，那么所加磁场至少多大。已知该种样品的k=15°/(cmT)，样品的长度为3cm，玻璃砖反射不改变偏振方向 A.0.5 T B.1T C.1.5 T D.2 T 【答案】B 1 学科网（北京）股份有限公司 $