第5章 第4节 光的偏振 第5节 激光与全息照相（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（鲁科版）

本高中物理讲义聚焦光的偏振及激光与全息照相核心知识点，从波的偏振现象切入，通过绳波与弹簧波对比明确横波特有的偏振特性，进而讲解光的偏振（自然光与偏振光区别、偏振片作用），延伸至立体电影等应用，再系统介绍激光的相干性等特点及全息照相原理。 该资料通过演示实验（如偏振片透光观察）引导学生探究光的偏振现象，培养科学探究能力，结合立体电影、太阳镜等生活实例渗透科学态度与责任。对比表格（自然光与偏振光）、例题解析及课时练习，助力学生构建知识体系，提升科学思维，课中便于教师教学，课后利于学生复习巩固。

第4节　光的偏振 第5节　激光与全息照相 [学习目标]　1.通过绳波(横波)和弹簧波(纵波)，知道波的偏振现象。2.通过演示实验，观察光的偏振现象，知道光是一种横波。能运用偏振知识解释生活中一些常见的光学现象(重难点)。3.阅读教材，了解激光的特点和应用。4.了解全息照相的原理、特点及应用。 一、偏振现象 在观看立体电影时，观众要戴上特制的眼镜，这种眼镜有什么特点？ 答案　这种眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片。观众戴上这种特制的眼镜观看电影时，每只眼睛只看到相应的偏振光图像，这样就会产生立体感。 1.偏振现象 (1)波的偏振：如果横波只沿着某一特定的方向振动，在物理学上就叫作波的偏振。 (2)只有横波才有偏振的特性。 2.光的偏振 (1)偏振片：偏振片是只让某一方向振动的光通过的一种光学元件，通常把这个透光方向称为偏振片的透振方向。 (2)自然光和偏振光 ①自然光：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均匀的，这样的光称为自然光。 ②偏振光：通过偏振片的光，振动方向与偏振片的透振方向平行，称为偏振光。 (3)起偏器和检偏器 ①起偏器：用于获得偏振光的偏振片。 ②检偏器：为了检查通过起偏器的光是不是偏振光，放在起偏器后面的另一个偏振片。 (4)光的偏振现象说明光是一种横波。 (1)横波和纵波都能产生偏振现象。(　×　) (2)自然光通过偏振片可以获得偏振光。(　√　) (3)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。(　×　) 例1　(多选)如图所示，P是一偏振片，P的透振方向(用带箭头的实线表示)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90°角的方向振动的光 答案　AB 解析　偏振片只让沿某一方向振动的光顺利通过，当偏振片的透振方向与光的振动方向的夹角不为90°时，有光透过偏振片，但透射光的强度变弱。太阳光是自然光，光波可沿垂直于光传播方向的任意方向振动，所以在P的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光，振动方向与偏振片的透振方向相同，也可看到透射光；沿水平方向振动的光，其振动方向与偏振片的透振方向垂直，所以看不到透射光；沿与竖直方向成90°角的方向振动的光，其振动方向与透振方向垂直，看不到透射光，故选项A、B正确，C、D错误。 自然光与偏振光的比较 自然光 偏振光 不 同 点 光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过偏振片后的光或某种介质反射或折射的光 光的振动方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光波的强度都相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某个特定方向（与偏振片透振方向一致） 相同点 不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直 二、偏振现象的应用 偏振现象在生产生活中有很多应用 1.立体电影 立体电影是用两个镜头同时拍摄，制成两组电影胶片，通过两架放映机将两组胶片同步放映略有差别的两幅图像。如果在每架放映机前装一块偏振片，从两架放映机射出的光通过偏振片后，就成了偏振光。由于这两架放映机前的偏振片的透振方向互相垂直，产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。观众戴上偏振镜观看电影时，每只眼睛只看到相应的偏振光图像，这样就会产生立体感。 2.摄影技术的应用 因为水面反射光的干扰，用普通的照相机镜头不容易清晰地拍出水中的鱼。反射光中存在大量的偏振光，使用偏振镜可减少反射光的干扰。 3.在设计中的应用 当偏振光通过受力的塑料或玻璃时，偏振方向会发生变化，这一现象可帮助我们检查力的分布情况，从而为设计和制造提供重要参数。 例2　小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光，转动镜头时发现光有强弱变化，下列说法能够解释这一现象的是(　　) A.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起起偏器的作用 B.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起检偏器的作用 C.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起起偏器的作用 D.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起检偏器的作用 答案　B 解析　发现光有强弱变化说明水面上反射的阳光是偏振光，而阳光本身是自然光，在反射时发生了偏振，当偏振片的透振方向与光的偏振方向平行时，通过的光最强，而当偏振片的透振方向与光的偏振方向垂直时，通过的光最弱，因此镜片起到检偏器的作用，故选B。 例3　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，从车灯发出的光经物体反射后将不能透过前窗玻璃，司机无法看清自己车灯发出的光所照亮的物体，A错误；若前窗玻璃与车灯玻璃的透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照得司机睁不开眼，B错误；若前窗玻璃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进本车车窗内，却可以透进对面车的车窗内，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°，则车灯发出的光经物体反射后可以透进本车车窗内，且不可以透进对面车的车窗内，D正确。 三、激光的特点及其应用 1.激光及其特性 激光是原子受激辐射产生的光，激光光束中所有光子的频率一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致，所以激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。 2.激光的特点及其应用 特点 性质 应用 相干性 只有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光才是相干光。激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性 光纤通信 方向性 激光的方向性非常好，在传播很远的距离后仍能保持一定的强度 精确的测距；读取光盘上记录的信息等 高亮度 它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量 用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀”；实现热核聚变等 例4　关于激光的应用，下列说法正确的是(　　) A.光纤通信是应用激光方向性非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的 B.计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光相干性好的特点 C.医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点 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亮度高的特点 答案　C 解析　由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性好的特点，A错误；计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的方向性好的特点，B错误；医疗中用激光做“光刀”利用了激光的亮度高的特点，C正确；激光测距利用的是激光的方向性好的特点，D错误。 四、全息照相 全息照相是应用光的干涉实现的。如图所示，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到胶片上；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是在胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息，这就是全息照片。 例5　全息照片损坏一部分后，将(　　) A.仍能看到全部图像 B.只能看到未损坏的部分图像 C.整个图像都看不到 D.采用特殊技术后才能看到全部图像 答案　A 解析　全息照片有一个重要特征是通过其一部分，例如一块残片，也可以看到整个物体的立体像。这是因为拍摄照片时，物体上任一发光点发出的光在整个底片上各处都与参考光发生干涉，因而在底片上各处都有该发光点的记录。取照片的一部分用照明光照射时，这一部分上的记录就会显示出该发光点的像。对物体上所有发光点都是这样，所不同的只是观察的“窗口”小了一点。所以全息照片损坏一部分后，将仍能看到全部图像，故选A。 课时对点练 [分值：60分] [1~5题，每题5分] 考点一　偏振现象 1.关于偏振现象，下列说法正确的是(　　) A.所有单色光都是偏振光 B.一切光和波都能发生偏振现象 C.偏振现象是横波特有的现象 D.光的振动方向与偏振片的透振方向平行时，光完全不能通过偏振片 答案　C 解析　自然光中的单色光不是偏振光，A错误；只有横波才能发生偏振现象，纵波不能发生偏振现象，因此偏振现象是横波特有的现象，B错误，C正确；光的振动方向与偏振片的透振方向垂直时，光完全不能通过偏振片，D错误。 2.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同 B.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 C.垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光是偏振光 D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是偏振光 答案　C 解析　自然光沿各振动方向的光波的强度相同，故A错误；自然光透过偏振片后成为偏振光，偏振光透过偏振片后不能还原为自然光，故B错误；根据偏振光的特点可知，偏振光在垂直于传播方向上，只沿某一特定方向振动，故C正确；太阳、电灯等普通光源发出的是自然光，故D错误。 3.如图所示，光屏M、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。太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔射入，Q绕轴线缓慢旋转180°的过程中，透过偏振片到达光屏N上光的强度(　　) A.始终变强 B.先变强后变弱 C.始终变弱 D.先变弱后变强 答案　D 解析　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绕轴缓慢转动180°的过程，当偏振片P与偏振片Q垂直时，光屏N上没有光，则光屏N上光的强度从强到弱，再由弱到强。故选D。 4.夏天柏油路面上的反射光是偏振光，其振动方向与路面平行。人佩戴的太阳镜的镜片是由偏振玻璃制成的，镜片的透振方向应是(　　) A.竖直的 B.水平的 C.斜向左上45° D.斜向右上45° 答案　A 解析　夏天，柏油路面上的反射光对人的眼睛刺激过大，为了减弱对人眼睛的影响，人佩戴的太阳镜的镜片是由偏振玻璃材料制成的偏振片，该偏振片的透振方向与反射光的振动方向垂直，由于反射光的振动方向与路面平行，则镜片的透振方向应该沿竖直方向，故选A。 考点二　激光的特点及其应用 5.(多选)有关激光的特点与应用，下列说法正确的是(　　) A.激光是一种人工产生的相干光，全息照相技术利用了激光方向性好的特点 B.激光具有良好的单色性，光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物 C.激光在医学上被当作“光刀”使用，但其亮度还不足以在金属上打孔、切割、焊接 D.用激光从各个方向照射参加核聚变的物质，利用光压可使反应物质“挤”在一起发生反应 答案　BD 解析　激光是一种人工产生的相干光，全息照相技术利用了激光相干性好的特点，故A错误；激光具有良好的单色性，光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，故B正确；激光亮度高，在医学上被当作“光刀”使用，可以用激光束在金属上打孔、切割、焊接，故C错误；用激光从各个方向照射参加核聚变的物质，利用光压可使反应物质“挤”在一起发生反应，故D正确。 [6~10题，每题7分] 6.(多选)当以入射光线的方向为轴转动偏振片时，通过偏振片观察电灯、烛焰、月球、反光的黑板，看到现象有何不同(　　) A.观察电灯和烛焰时，透射光的强弱随偏振片的旋转而变化 B.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 C.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 D.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 答案　BD 解析　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；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的强弱会随偏振片的旋转发生变化，故B、D正确，A、C错误。 7.有一种魔术道具称为“穿墙而过”。其结构是两片塑料偏振片卷起来，放进空心的透明圆筒内，中间两偏振片重叠区域给观众感觉为一块“挡板”，如图甲所示。当圆筒中的小球从B端滚向A端，居然穿过了“挡板”，如图乙所示。则(　　) A.该魔术说明光是横波 B.该魔术对观众的观察角度有要求 C.只用一片塑料偏振片也可以完成该魔术 D.该魔术中对两偏振片卷起来的方式无要求 答案　A 解析　光的偏振现象说明光是横波，故A正确；任何角度的光都会发生偏振现象，不同角度的观众看到的现象相同，该魔术对观众的观察角度无要求，故B错误；偏振片的特点为当偏振片的透振方向与偏振光的振动方向平行时，偏振光可以全部通过偏振片，当偏振片的透振方向与偏振光的振动方向垂直时，偏振光不能通过偏振片，则在中间重叠区域放垂直偏振片和水平偏振片，将两偏振片卷起来，且部分重合，自然光通过两片透振方向互相垂直的偏振片时，形成黑影，看起来就像一道“墙”，一片偏振片无法完成魔术，故C、D错误。 8.拍摄立体电影时用一台摄影机，让它通过两个窗口(相当于人的双眼)交替拍摄，两套图像交替地印在同一条电影胶片上，放映时用一台放映机，通过左右两个窗口，把两套图像交替地映在银幕上。在每个放映窗口前安装一块偏振片，两个窗口射出的光，通过偏振片后成了偏振光。左右两个窗口前的偏振片的透振方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众眼里，偏振方向不变，观众用偏振眼镜观看时，左眼只看到左窗口映出的画面，右眼只看到右窗口映出的画面，这样就会像直接观看物体那样产生立体感，下列说法正确的是(　　) A.偏振眼镜的左、右两个镜片透振方向应保持一致 B.偏振眼镜的左、右两个镜片透振方向互换后不能正常观影 C.只用一只眼睛透过偏振眼镜也可以产生立体感，但是亮度减弱 D.把放映窗口的两个偏振片透振方向改为相互平行，把偏振眼镜两个镜片的透振方向也改为相互平行，并使两者偏振方向一致，也可以正常观影 答案　B 解析　由于影片播放时，投射到银幕上的两束偏振光的振动方向不同，故偏振眼镜的左、右两个镜片透振方向不同，否则，只能看到一种偏振光，故A错误；由于左眼只能看到左窗口映出的画面(比如左窗口偏振光水平，左眼镜片透振方向水平)，右眼只能看到右窗口映出的画面(比如右窗口偏振光竖直，右眼镜片透振方向竖直)，如果左、右镜片互换，左、右眼看到的影像反过来，无法正常观影，故B正确；人眼接收到两个偏振方向不同的偏振光，两个像经过大脑综合以后，就能区分物体的前后、远近，从而产生立体感，所以只用一只眼睛透过偏振眼镜不能产生立体感，故C错误；根据上述分析可知，若两个偏振片透振方向改为相互平行，同时把偏振眼镜两个镜片的透振方向也改为相互平行，只能接收到一种偏振光，可以看到影片，但没有立体效果，所以不能正常观影，故D错误。 9.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，从而使偏振光的偏振方向发生变化(温度变化越大，偏振方向变化越大)，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的说法正确的是(　　) A.到达检偏器的光的偏振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大 B.到达检偏器的光的偏振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大 C.到达检偏器的光的偏振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小 D.到达检偏器的光的偏振方向变化越大，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 解析　起偏器和检偏器的透振方向平行，通过温度敏感光纤到达检偏器的光的偏振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大；到达检偏器的光的偏振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越大，表示温度变化越小。故选B。 10.(多选)(2024·泉州市高二期末)旋光仪测糖溶液浓度：偏振光通过糖溶液后，迎着光看，偏振方向以传播方向为轴，旋转角θ称“旋光角”，θ与糖溶液浓度有关，θ测量值与标准值比较能确定含糖量，如图，自然光源S，偏振片A、B，转动B使O处光最强，然后将被测样品P置于A、B间(　　) A.O处光强明显减弱 B.O处光强明显增强 C.B转一角度使O处光强最大，B转过角度θ D.A转一角度使O处光强最小，A转过角度θ 答案　AC 解析　不放样品时，转动B使O处光最强，此时A、B的透振方向相同；放置样品后，由于样品会使经过A的偏振光产生旋转角，所以此时穿过样品的偏振光振动方向与B的透振方向不再平行，O处光强将明显减弱，故A正确，B错误；根据前面分析可知，放入样品后，穿过样品的偏振光振动方向与B的透振方向存在夹角θ，若B转一角度使O处光强最大，则B转过角度θ；同理可知若A转角度θ使O处光强最大，故C正确，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $