第四章 6 光的偏振 激光（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（人教版 浙江专版）

本高中物理讲义聚焦光的偏振与激光核心知识点，从横波纵波的偏振现象实验切入，通过偏振片透光分析明确自然光与偏振光区别，揭示光是横波本质，进而探讨偏振在摄影、汽车等领域的应用，最后系统梳理激光的相干性、平行度等特点及应用，构建完整知识脉络。 该资料以实验为学习支架（如绳波类比、偏振片旋转实验），培养科学思维中的模型建构与科学推理能力，结合立体电影、激光清障等生活实例渗透科学态度与社会责任，课中助力抽象概念理解，课后通过分层练习帮助学生巩固知识，有效查漏补缺。

6　光的偏振　激光 [学习目标]　1.通过绳波(横波)和弹簧波(纵波)穿过狭缝的实验现象，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(重点)。3.知道偏振光和自然光的区别，能运用偏振知识解释生活中的一些常见光学现象(重难点)。4.阅读教材，了解激光的特点和应用。 一、偏振现象及光的偏振 结合绳波和弹簧波的特点，分析这两种波能否通过狭缝？ 答案　当绳波振动方向与狭缝方向一致时，绳上的横波能穿过狭缝，当绳波振动方向与狭缝方向不一致时，绳上的横波不能穿过狭缝；在弹簧上传播的纵波，无论狭缝的取向如何，波都能穿过。 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，这个现象称为“偏振现象”，横波的振动方向称为“偏振方向”。 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，这个方向叫作“透振方向”。 如图所示，观察光源(或阳光)通过偏振片后透射光的强度变化 (1)让阳光或灯光通过偏振片P，在P的另一侧观察，透射光的强度有什么变化？如果以光的传播方向为轴旋转偏振片P，透射光的强度又如何变化？ (2)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，观察通过两块偏振片的透射光的强度有什么变化？ 答案　(1)可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些；继续旋转偏振片P，透射光的强度不发生变化。 (2)当偏振片Q的透振方向与偏振片P的透振方向平行时，透射强度与只有偏振片P时的强度一样；继续旋转偏振片Q，亮度变暗，当偏振片Q的透振方向与偏振片P的透振方向垂直时，亮度最暗。 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，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同。这种光是“自然光”。 (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，这种光叫作偏振光。 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45°角的方向振动的光 答案　ABD 解析　偏振片能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45°角的方向振动的光，其振动方向与透振方向不垂直，仍可看到透射光，故选项A、B、D正确，C错误。 二、偏振现象的应用 1.摄影技术中的应用： 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.偏振片在汽车挡风玻璃上的应用：汽车夜间行驶与对面的车辆相遇时，如遇远光灯引发炫目，极易引起车祸。如果驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振方向都沿同一方向并与水平面成45°，可避免远光灯引发炫目，保证行车安全。 3.立体电影：在每架放映机前装有一块偏振片，其透振方向互相垂直。观众所戴的偏振眼镜的两只镜片透振方向互相垂直，且左眼镜片与左放映机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片与右边放映机前偏振片的透振方向一致。这样，左眼只能看到左边放映机放映出的画面，右眼只能看到右边放映机放映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感。 例2　小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光，转动镜片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，当偏振镜片的方向与光的偏振方向平行时，通过的光最强，而当偏振镜片的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本车的前窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，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.普通光源与激光 (1)普通光源 光是从物质的原子中发射出来的，普通光源发出的自然光是许多频率、相位、偏振以及传播方向各不相同的光的杂乱无章的混合。这导致两个独立的普通光源发出的光不会发生干涉。 (2)激光的产生 激光是原子受激辐射产生的光，发出的光的相位差、频率、振动方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是人工产生的相干光。 2.激光的特点及应用 特点 性质 应用 相干 性高 激光具有频率单一、相位差恒定、振动方向相同的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 单缝衍射和双缝干涉实验 光纤通信 全息照相 平行 度好 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 精确的测距；提供目标指引；读取光盘上记录的信息等 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 用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀” 例4　(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，利用了激光相干性好的特点 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.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 答案　ABD 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正确；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；激光在医学上被当作“光刀”使用，可以在金属上打孔、切割、焊接，故C错误；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，故D正确。 课时对点练 [分值：60分] [1~4、6~8题，每题4分] 考点一　偏振现象及其应用 1.对于自然光和偏振光，以下认识正确的是(　　) A.从太阳、蜡烛等普通光源直接发出的光是自然光 B.自然光通过一个偏振片后成为偏振光，偏振光再通过一个偏振片后又还原为自然光 C.电灯发出的光透过偏振片，旋转偏振片时看到透射光的亮度无变化，说明透射光不是偏振光 D.自然光只有在通过偏振片后才能成为偏振光 答案　A 解析　太阳、蜡烛等普通光源发出的光为自然光，包括在垂直光的传播方向上沿一切方向振动的光，选项A正确；自然光通过偏振片时，只有与偏振片透振方向一致的光才能通过，所以通过偏振片后的透射光是偏振光，不论通过几个偏振片，选项B错误；由于自然光在各个振动方向上的强度相同，所以旋转偏振片时透射亮度不变，即旋转偏振片时亮度不变是因为入射光是自然光，而不是因为透射光不是偏振光，选项C错误；偏振现象是很普遍的，而不是只有通过偏振片后才能成为偏振光，平常见到的绝大多数光是偏振光，选项D错误。 2.用图示实验装置演示光的偏振现象，白炽灯O发出的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上，通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示，下列说法正确的是(　　) A.白炽灯发出的光是纵波 B.偏振片Q起到检偏的作用 C.光束Ⅱ中光的振动方向与偏振片P的透振方向垂直 D.将偏振片P以光传播方向为轴转动45°，光束Ⅲ将消失 答案　B 解析　光是一种横波，A错误；白炽灯发出的光经过偏振片P后就成为了偏振光，又经与P透振方向平行的偏振片Q照到光屏上，所以偏振片Q起到检偏作用，B正确；光束Ⅱ中的光是经偏振片P透射来的，所以光束Ⅱ中光的振动方向与偏振片P的透振方向不可能垂直，C错误；将偏振片P以光传播方向为轴转动45°，光束Ⅲ将会减弱但不会消失，D错误。 3.(多选)在图中，人眼隔着偏振片B、A去看一只发光的电灯泡S，一点透射光都看不到，那么，下列说法中正确的是(　　) A.使A和B同时转过90°，仍然一点光都看不到 B.仅使B转过90°过程中，看到光先变亮后变暗 C.仅使B转过90°过程中，看到光逐渐变亮 D.仅使A转动时，始终看不到透射光 答案　AC 解析　原来人眼隔着偏振片B、A去看一只电灯泡S，无法看到透射光。说明两个偏振片正好相垂直。使A和B同时转过90°，仍不能看到透射光，A正确；现在仅使B转过90°过程中，看到光逐渐变亮，B错误，C正确；单使A转动时，渐渐看到透射光，D错误。 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　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。 5.(8分)如图所示，开始时上、下两偏振片平行且透振方向完全一致，现在将上边偏振片A慢慢顺时针旋转，屏上的光的亮度开始逐渐　　　　(填“变暗”或“变亮”)，当它转到90°时，屏上的光亮度将最　　　　，继续转到180°时光由最　　　　变为最　　　　(均选填“暗”或“亮”)。 答案　变暗　暗　暗　亮 解析　题图中有A、B两个偏振片，开始时上、下两偏振片平行且透振方向完全一致，将上边偏振片慢慢顺时针旋转，屏上的光的亮度开始逐渐变暗，当它转到90°时，两个偏振片的透振方向垂直，屏上光亮度将最暗，继续转到180°，两个偏振片透振的方向平行，光由最暗变为最亮。 考点二　激光的特点及其应用 6.关于激光，下列说法正确的是(　　) A.激光是自然界中某种物质直接发光产生的 B.激光的相干性好，任何两束激光都能发生干涉 C.用激光照射不透明挡板上的小圆孔时，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，不是自然界中某种物质直接发光产生的，故A错误；激光相干性好，但只有频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两束激光才能发生干涉，故B错误；用激光照射不透明挡板上的小圆孔时，光屏上能观测到衍射条纹，间距不等，故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，故D正确。 7.(2024·湖州市高二期末)如图为便携式激光清障仪发射激光，上方的树枝经过激光照射后断裂。下列关于激光说法不正确的是(　　) A.激光是频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波 B.激光修剪树枝是利用激光亮度高、能量大的特点 C.激光测距利用了激光相干性好的特点 D.光纤通信是利用了激光能被调制，可以用来传递信息的特点 答案　C 解析　激光具有频率相同、相位差恒定、振动方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性，故A正确；激光修剪树枝是利用激光亮度高、能量大的特点，故B正确；激光测距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，故C错误；光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号来进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息，故D正确。 8.2023年诺贝尔物理学奖颁发给“研究物质中的电子动力学，而产生阿秒激光的实验方法”做出贡献的三位科学家。下列激光的特性及其应用，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.激光束很容易给坚硬的材料上打孔，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，是利用激光亮度高，强度大，能量集中的特点，故B错误；激光束很容易给坚硬的材料上打孔，是利用激光亮度高，强度大，能量集中的特点，故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。 [9~11题，每题5分] 9.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，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透振方向与偏振光的方向平行时，偏振光可以全部通过偏振片，当偏振片透振方向与偏振光的方向垂直时，偏振光不能通过偏振片，则在中间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，光强减弱，形成黑影，看起来就像一块“挡板”，一片偏振片无法完成该魔术，故C、D错误。 10.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；若将偏振眼镜左、右镜片透振方向互换后，人的左、右眼睛接收到的光线与正常的情况是相反的，所以不能正常观影，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。 11.(多选)旋光仪测糖溶液浓度装置原理是：偏振光通过糖溶液后，迎着光看，偏振方向会以传播方向为轴，旋转一个角度θ，旋转角θ称为“旋光角”，θ的值与糖溶液浓度有关，θ测量值与标准值相比较能确定含糖量，如图所示，S为自然光源，A、B为偏振片，转动B使O处光最强，然后被测样品P置于A、B间，则下列说法中正确的是(　　) A.O处光强明显减弱 B.O处光强不会减弱 C.B转一角度使O处光强最大，B转过的角度等于θ D.A转一角度使O处光强最大，A转过的角度等于θ 答案　ACD 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转过的角度等于θ；同理可知若A转一角度使O处光强最大，则A转过的角度等于θ，故C、D正确。 [9分] 12.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。偏振片1和偏振片2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.到达偏振片2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.到达偏振片2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.到达偏振片2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.到达偏振片2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　偏振片1和偏振片2的透振方向平行，通过温度敏感光纤到达偏振片2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；到达偏振片2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。 学科网（北京）股份有限公司 $