4.6 光的偏振 激光（培优教学课件）物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦光的偏振（横波特性、自然光与偏振光、偏振片原理及应用）和激光（四大特点及应用），以立体电影戴眼镜的生活问题导入，通过温故知新回顾横波纵波，搭建新旧知识联系的学习支架。 其亮点在于依托3D电影实景、双偏振片实验等构建科学探究思维链，结合对比归纳、光路建模培养科学思维，融入我国激光技术发展渗透科学态度与责任。通过偏振摄影、立体电影等实例，帮助学生深化物理观念，教师可提升教学针对性与互动性。

6. 光的偏振 激光 第四章 光 人教版选择性必修第一册 导入新课 思考： 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？ 物理观念 知道偏振是横波特有现象，光是横波；能区分自然光、偏振光，理解偏振片工作原理；掌握偏振在摄影、立体电影中的应用；熟记激光单色、相干、定向、高能四大特点，了解激光在通信、测距、工业、科研中的用途，完整构建光是横电磁波的系统波动观念。 科学探究 依托 3D 电影实景形成生活疑问具象思维；借助横纵波狭缝对比示意图形成偏振专属横波的对比归纳思维；利用双偏振片演示光路图形成自然光转化偏振光的建模思维；通过地月激光反射装置图形成特性匹配应用的对应思维，培养对比归纳、光路建模、特性匹配场景应用的物理定量思维。 学习目标 科学思维 观察绳波横波、弹簧纵波穿过不同取向狭缝的差异；操作双偏振片实验，转动偏振片观察光屏亮度变化；动手用偏振滤镜观察玻璃反光减弱现象；梳理普通光源与激光发光机制差异，结合实例归纳激光独有特性。 科学态度 与责任 通过 3D 电影生活疑问、横纵波对比演示、双偏振片光学实验、激光航天科研应用层层递进探究偏振与激光规律，培养对比观察波传播现象、依托实验区分横纵波、用物理原理解释生活设备的严谨求真科研品格；了解梅曼研制首台激光器、我国上海超强超短激光装置等科技史实，感受偏振、激光技术推动影视、航天、通信、高端物理科研发展，树立学好波动光学、依托物理技术助力国家航天、前沿科研产业发展的学以致用责任意识。 学习目标 重点 偏振是横波独有的现象，光是横波 自然光与偏振光的区别，偏振片的工作原理 激光的四大核心特点，偏振、激光的生活与科技应用 难点 理解两块偏振片透振方向平行、垂直时光强变化规律 利用偏振原理解释 3D 立体电影成像机制 区分普通光源与激光发光本质，建立激光特性和应用的对应关系 重点难点 1. 偏振 2. 光的偏振 3. 偏振现象的应用 4. 激光的特点及其应用 5. 课堂总结 6. 练习与应用 7. 提升训练 第6节 光的偏振 激光 学习内容 温故知新 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？ 温故知新 在横波中，质点振动方向总是垂直于波的传播方向. 不同的横波振动方向可能不同 在纵波中，质点振动方向总是跟波的传播方向在同一直线上. 温故知新 如何判断一个波是横波，还是纵波？ 思考： 第6节 光的偏振 激光 一、偏振 一、偏振 1.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。这种现象称为“偏振现象”。 2.偏振方向：横波的振动方向称为偏振方向。 是否具有偏振现象，是判断一个波是横波还是纵波的依据。 纵波没有偏振现象 横波有偏振现象 一、偏振 光具有偏振现象吗？ 思考： 如果有，如何能够观察到光的偏振现象？ 二、光的偏振 第6节 光的偏振 激光 二、光的偏振 1、偏振片 由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片．偏振片对光波的作用就像狭缝对于机械波的作用一样． 二、光的偏振 光的偏振 二、光的偏振 观察光的偏振现象示意图 二、光的偏振 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．这种光叫做自然光 . 2.自然光 自然光 二、光的偏振 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，这种光叫偏振光。 3.偏振光 二、光的偏振 自然光和偏振光的比较 自然光 偏振光 成因 从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光 自然光经反射、折射后可能成为部分偏振光；在特定入射角下，反射光可成为完全偏振光 振动方向 在垂直于传播方向的平面内，沿着各个方向振动 在垂直于传播方向的平面内，并且只有一个振动方向 二、光的偏振 光的偏振现象并不罕见，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°，这时反射光为完全偏振光，折射光为部分偏振光，二者偏振特征不同。 光振动垂直于纸面 光振动在纸面内 三、偏振现象的应用 第6节 光的偏振 激光 三、偏振现象的应用 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 三、偏振现象的应用 镜头加偏振片时 拍摄的水底 镜头未加偏振片时 拍摄的水底 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 三、偏振现象的应用 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，所以这些由路面或玻璃等表面反射来的眩光中，水平方向偏振成分较强，因此可戴透振方向为竖直方向的偏振太阳镜来减弱眩光。 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。 三、偏振现象的应用 三、偏振现象的应用 4、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。比如蜜蜂有五只眼，包括两只复眼和三只单眼，每个复眼包含有6300个小眼，这些小眼能根据天空偏振光的方向确定方位，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。 四、激光的特点及其应用 第6节 光的偏振 激光 四、激光的特点及其应用 四、激光的特点及其应用 1 激光及其产生 某些物质的原子中的粒子受光或电刺激，使低能级的原子变成高能级原子，在向低能态跃迁时辐射出传播方向、偏振、相位等性质完全相同的光波，这种光叫做激光。 四、激光的特点及其应用 2 激光的发展史 1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。 汤斯和肖洛 1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了激光。 梅曼 四、激光的特点及其应用 1965年，第一台可产生大功率激光的器件——二氧化碳激光器诞生。 二氧化碳激光器 20世纪80年代，X射线激光研究取得重要进展。 X射线激光器 四、激光的特点及其应用 3 激光器的种类 人类已经制造了各种类型的激光器，比如气体激光器、半导体激光器、染料激光器、宝石激光器等。 半导体激光器 气体激光器 染料激光器 宝石激光器 四、激光的特点及其应用 4 激光的特点 （1）相干性好（单色性强）； （2）平行度好（方向性好）； （3）亮度高（光强大）。 四、激光的特点及其应用 5 激光的应用 用激光做光源观察光的干涉和衍射 光纤通信 相干性好（单色性强） 四、激光的特点及其应用 激光测距 激光指向、识别和跟踪，如雷达 平行度好（方向性好）；亮度高（光强大） 激光刻录和读取 四、激光的特点及其应用 平行度好（方向性好）；亮度高（光强大） 激光加工 激光治疗 激光武器 五、课堂总结 第6节 光的偏振 激光 五、课堂总结 光的偏振 激光 偏振 光的偏振 横波和纵波 偏振方向 偏振现象 演示实验——观察光的偏振现象 自然光与偏振光 光是横波 偏振现象的应用 拍摄 看立体电影 激光及其产生 激光的特点及其应用 六、练习与应用 第6节 光的偏振 激光 六、练习与应用 1、用题图所示装置研究偏振现象，是两块完全相同的圆形偏振片，为观测点，和两块偏振片的中心共线，且偏振片与AB连线垂直，两偏振片可绕AB连线转动，下列说法正确的是（　　） A．固定，转动，则处光强均发生变化 B．固定，转动，则处光强均不发生变化 C．同时转动和，A处光强不变，B处光强可能变化 D．同时转动和，处光强均发生变化 六、练习与应用 【答案】C 【详解】AD．自然光沿着各个方向振动的光波强度均相同，故无论是否转动，A处光强不变，故AD错误； B．若转动，固定，当两偏振片的狭缝平行时，B处光强最大，当狭缝垂直时，B处光强最小，故B处光强可能变化，故B错误； C．同时转动和，同理当两偏振片的狭缝平行时，B处光强最大，当狭缝垂直时，B处光强最小，故B处光强可能变化，故C正确。 故选C。 四、练习与应用 2、当以入射光线为轴转动偏振片时，通过偏振片观察电灯、烛焰、月球、反光的黑板，看到的现象有何不同（　　） ①观察电灯和烛焰时，透射光的强弱随偏振片的旋转而变化 ②观察电灯和烛焰时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化 ③观察月球和反光的黑板时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化 ④观察月球和反光的黑板时，透射光的强弱随偏振片的旋转而变化 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 四、练习与应用 【答案】D 【详解】通过偏振片去观察电灯、烛焰时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化。因为灯光、烛光都是自然光，沿各个方向振动的光的强度相同，因此当偏振片旋转时，透射出来的光波的振动方向虽然改变了，但光的强弱没有改变，①错误，②正确；月球和黑板反射的光已经是偏振光，它通过偏振片透射过来的光线和强弱都会随偏振片的旋转发生变化，③错误，④正确。 故选D。 四、练习与应用 3、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 四、练习与应用 【答案】B 【详解】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。前者光线进入镜头所成的像为实际景物在水中倒影的像，而后者光线进入镜头所摄得照片才是水面下景物的像，两者在同一底片上相互干扰，使相片模糊不清。若在镜头前安装一偏振片，转动偏振片方向使其透振方向与反射光的振动方向垂直，即可最大限度地阻止反射光进入镜头，增强摄影的清晰度。 故选B。 四、练习与应用 4、关于应用激光的事例中，下列说法正确的是（　　） A．激光平行度好主要用于城市广场照明 B．激光能量十分集中，全息照相就利用了这个特点 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，不需要单缝和透镜也可用于双缝干涉实验 四、练习与应用 【答案】D 【详解】A．激光平行度好，但能量特别集中，不能用于照明，故A错误； B．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，故B错误； C．激光具有亮度高且能量高的特点，因此不能用于城市广场照明，故C错误； D．激光具有很好的相干性，可应用于双缝干涉实验、全息照相等，故D正确。 故选D。 谢谢观看！ $