第5章 第4节 光的偏振 第5节 激光与全息照相-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册教用课件(鲁科版)

第4节　光的偏振 第5节　激光与全息照相 1．认识偏振现象，知道偏振是横波特有的性质。　2.知道偏振光和自然光的区别。　3.了解偏振光在实际生活中的应用。　4.了解激光的特点和应用，理解全息照相。　 返回导航 课前 知识梳理 1 课堂 深度探究 2 内容 索引 随堂 巩固落实 3 课前 知识梳理 PART 01 第一部分 一、偏振现象 1．偏振：横波只沿着某一个______________的方向振动的现象。偏振是只有横波才有的特性，光的偏振现象说明光是一种横波。 2．偏振片和透振方向 偏振片是只让____________振动的光通过的一种光学元件。通常把这个__________方向称为偏振片的透振方向。 特定 某一方向 透光 课前 知识梳理 返回导航 3．自然光和偏振光 在垂直于传播方向的平面内，光波可沿任何方向振动，光振动在平面内的分布是大致______________的，这样的光称为自然光。让自然光通过偏振片，就能获得偏振光。 4．起偏器和检偏器 用于获得偏振光的偏振片叫__________，用于检查通过起偏器的光是不是偏振光的偏振片叫____________。 均匀 起偏器 检偏器 课前 知识梳理 返回导航 二、偏振现象的应用 立体电影、使用偏振镜减少反射光的干扰、检查力的分布情况等。 三、激光及其特性 1．激光：激光是____________受激辐射产生的光，激光光束中所有光子的__________一致、__________一致、______________一致、____________一致。 2．激光的特性：激光具有____________好、____________好、____________好、____________高等特点。 原子 频率 相位 偏振方向 传播方向 单色性 相干性 方向性 亮度 课前 知识梳理 返回导航 四、激光的应用 激光音乐喷泉、激光扫描条形码、激光测量、激光治疗等。 五、全息照相 全息照相是应用光的____________实现的，作为光源的激光被分成两部分：一部分通过凹透镜发散后射至____________上；另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另一个凹透镜发散后射向被拍摄的物体，该物体把光反射到胶片上，并与第一束光发生干涉，两束光干涉的结果就在胶片上记录下被拍摄物体的__________信息，这就是全息照片。 干涉 胶片 三维图像 课前 知识梳理 返回导航 判断下列说法是否正确。 (1)立体电影利用了光的偏振原理。(　　) (2)激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点。(　　) (3)激光可用做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好。(　　) (4)全息照相技术只能记录光波的强弱信息。(　　) × √ √ × 课前 知识梳理 返回导航 课堂 深度探究 PART 02 第二部分 取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，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。如果手持绳的一端左右抖动，会在绳上形成另一列横波，质点在水平面内沿着左右方向振动。现在让软绳穿过一块带有狭缝的木板。分别将狭缝与振动方向平行放置及与振动方向垂直放置，观察发生的现象(如图甲、乙所示)。如果将这根软绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，观察发生的现象(如图丙所示)。这两种现象说明什么？ 知识点一　自然光和偏振光的比较 返回导航 课堂 深度探究 [提示]　当机械波是横波时，若质点的振动方向与狭缝平行，则机械波能透过狭缝传播，若质点的振动方向与狭缝垂直则不能透过狭缝传播。对纵波而言，不管什么情况，纵波总能透过狭缝传播。 返回导航 课堂 深度探究 1．振动方向 自然光在垂直于光的传播方向的平面内，沿所有方向振动；偏振光在垂直于光的传播方向的平面内，沿某一特定的方向振动。 2．偏振现象 (1)如图甲所示，自然光通过偏振片后变成偏振光，后面的屏是明亮的，转动偏振片时，偏振光的振动方向随之变化，但屏上亮度不变。 返回导航 课堂 深度探究 (2)如图乙、丙所示，偏振光经过偏振片时，若光的振动方向与偏振片的透振方向平行，屏是亮的；若光的振动方向与偏振片的透振方向垂直，屏是暗的；若既不平行也不垂直，屏的亮度介于两者之间，随着振动方向与透振方向的夹角变大，亮度逐渐变暗。   (3)说明：偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实的狭缝。只要光的振动方向不与透振方向垂直，都可以不同程度地通过偏振片，不过强度要比振动方向与透振方向平行的光弱一些。 返回导航 课堂 深度探究 (2024·江苏淮安统考期末)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的均亮暗交替变化 D．a、b的亮度保持不变 √ 返回导航 课堂 深度探究 [解析]　a偏振片观察通过小孔进入室内的自然光，自然光经过 a偏振片后变为偏振光，当转动a偏振片时，光的强度不变，即当转动a偏振片时，a的亮度保持不变。由于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，光的强度发生变化，即当转动b偏振片时，b的亮暗交替变化，故B符合题意。 返回导航 课堂 深度探究 如图所示，取一个偏振片P，让阳光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的；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，会看到什么现象？这说明什么？ 返回导航 课堂 深度探究 [解析]　偏振片的作用类似于狭缝，只有振动方向与透振方向一致的光才能通过。当偏振片Q与P的透振方向平行时，穿过Q的光最强；当Q与P的透振方向垂直时，光不能透过Q。 [答案]　会看到在旋转Q时光的亮度发生变化　说明光是一种横波 返回导航 课堂 深度探究 1．激光的产生：激光是人工产生的相干光。 2．激光具有的特点 (1)相干性好：所谓相干性好，是指容易产生干涉现象。普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)的频率是不一样的，而激光器发出的激光的频率几乎是单一的，并且满足其他的相干条件。所以，现在我们做双缝干涉实验时，无须在双缝前放一个单缝，而是用激光直接照射双缝，就能得到既明亮又清晰的干涉条纹。利用相干光易于调制的特点传输信息，所能传递的信息密度极高，一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视，全国人民同时通话也用不完它的通信容量。 知识点二　激光及应用 返回导航 课堂 深度探究 (2)平行度好：与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距。现在利用激光测量地月距离精确度已达到1 m。 (3)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。如果把强大的激光束会聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温。 (4)单色性好：激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的。 返回导航 课堂 深度探究 (多选)激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重要的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极大的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的(　　) A．单色性好　　　　　　 B．平行度高 C．高能量 D．相干性好 [解析]　由于激光站与卫星相隔距离远，为了减少能量损失，必须使激光具有很好的平行度，同时使用激光的高能量。 √ √ 返回导航 课堂 深度探究 (2024·上海大同中学期中)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．全息照片的拍摄利用了激光易于全反射的特点 B．由于激光的方向性好，可以用激光来携带信息 C．激光测距利用了激光相干性好的特点 D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离 √ 返回导航 课堂 深度探究 [解析]　全息照片的拍摄是利用了激光的频率单一、相干性好，能够产生明显的干涉的特点，故A错误； 利用激光相干性好，能像无线电波那样被调制的特点，激光可用来传递信息，故B错误； 激光测距利用了激光平行度好的特点，故C错误； 利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离，故D正确。 返回导航 课堂 深度探究 拍摄全息照片时，常用激光做光源，这主要是应用激光的什么特性(　　) A．亮度高 B．平行性好 C．单色性好 D．相干性好 [解析]　全息照相利用光的干涉原理，要求参考光和物光有很高的相干性，而激光符合这个要求。 √ 返回导航 课堂 深度探究 综合一练　物理光学的综合问题 (2024·浙江余姚中学期中)对如图所示的图样、示意图或实验装置图，下列判断正确的是(　　) 返回导航 课堂 深度探究 A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑” B．乙图是利用薄膜干涉来检测玻璃板的平整程度，它是光在被检测玻璃板的上下表面反射后叠加的结果 C．丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是波长的奇数倍，则P处是暗纹 D．图丁中的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动，将N绕水平转轴在竖直面内顺时针转过180°后，P上的光亮度不变 √ 返回导航 课堂 深度探究 [解析]　题图甲不是小孔衍射的图样，“泊松亮斑”是圆板衍射，故A错误； 入射光经空气膜上表面反射后得到第一束光，折射光经空气膜下表面反射，又经上表面折射后得到第二束光，并不是被检测玻璃板的上下表面反射后的光，故B错误； 题图丙是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是半波长的奇数倍，则P处是暗纹，故C错误； 当M固定不动，将N绕水平转轴在竖直面内顺时针转过180°后，两偏振片平行，P上的光亮度不变，故D正确。 返回导航 课堂 深度探究 随堂 巩固落实 PART 03 第三部分 28 1．(光的偏振)(多选)在垂直于太阳光的传播方向上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 √ √ 返回导航 随堂 巩固落实 解析：P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱。 返回导航 随堂 巩固落实 2．(激光的应用)(2023·陕西宝鸡期末)在医学上利用激光来焊接剥落的视网膜，是利用了激光的(　　) A．单色性好　　　　　 B．方向性好 C．亮度高 D．相干性好 解析：在医学上利用激光来焊接剥落的视网膜，是利用了激光的亮度高，能量强的特点。 √ 返回导航 随堂 巩固落实 3．(自然光和偏振光)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 √ 返回导航 随堂 巩固落实 解析：振动沿各个方向均匀分布的光是自然光，而振动沿着特定方向的光是偏振光，但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射，A错误； 光的偏振现象并不罕见，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。 返回导航 随堂 巩固落实 4．(激光的应用)(多选)纳米技术是跨世纪的新技术，将激光束的宽度集中到纳米范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把诸如癌症等彻底根除。在上述技术中，人们主要利用了激光的(　　) A．单色性 B．单向性 C．亮度高 D．粒子性 √ √ 返回导航 随堂 巩固落实 解析：激光束的发散角很小，几乎是一平行的光线，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A、D错误，B、C正确。 返回导航 随堂 巩固落实 5．(光的偏振的应用)在日落时分拍摄水面下的景物时，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．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 √ 返回导航 随堂 巩固落实 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，B正确。 返回导航 随堂 巩固落实 $