4.6 光的偏振 激光（导学案）物理人教版选择性必修第一册

4.6 光的偏振 激光 导学案 1．通过实验，认识偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。 2．从光的偏振现象知道光是横波，了解偏振光和自然光的区别。 3．知道日常见到的光多数是偏振光，了解光的偏振现象在生产生活中的一些应用。 4．了解激光的特点，能列举实例阐述激光的三个特性。 1．掌握光的干涉条件、相干光源，理解亮暗纹形成原理。（重点） 2．会双缝干涉条纹间距简单计算，能识别双缝、薄膜干涉现象。（重点） 3．用光程差分析干涉条纹。区分干涉、衍射、反射现象，理解薄膜干涉的半波损失。（难点） 【自主预习】 一、偏振 1．横波与纵波的特点：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。 2．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”。 3．偏振方向：横波的振动方向。 二、光的偏振 1．光是一种横波。 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，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”。 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。 4．偏振光的获得 (1)利用偏振片来获得偏振光。让自然光通过偏振片，如图所示，就会变成在某一方向上振动的光。 (2)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。 三、偏振现象的应用 1．偏振滤光片：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．立体电影：放映时通过两台放映机，同步放映两组胶片，每架放映机前安装一块偏振片，其透振方向互相垂直。观众所戴偏振眼镜的两只镜片的透振方向互相垂直，且左眼镜片与左机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片与右机前振片的透振方向一致。这样，左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感。 四、激光的特点及其应用 1．1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波，这就是激光。 注：激光是相干光，是人工产生的光，自然界不存在激光。 2．激光的特点及其应用 (1)激光具有高度的相干性，激光纯净的特性能在实际应用中带来很多方便。利用这个特点，双缝干涉实验和衍射实验，用激光比用自然光更容易完成。激光还能用来传递信息，光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物。 (2)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。 因此激光可以用来进行精确的测距，还可以利用激光束等各种实用的指向设备，为枪械、火炮、导弹等武器提供目标指引。 (3)激光的亮度很高，它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。 因此，可以利用激光束来切割、焊接，以及在很硬的材料上打孔，医学上可以用激光做“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤，还可以用激光“焊接”剥落的视网膜。 3．激光在科学研究上的应用 (1)以激光为光源，科学家们可以深入研究原子、分子和固体材料的光谱，从而了解这些物质的结构。 (2)利用激光，可以研究分子的运动和化学反应的过程。 (3)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，这是人类能完成的最准确的测量之一。 一、偏振 【情景导学】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？ 摄影师又是如何拍摄下清晰的画面的呢？ （1） 温故旧知 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。 （二）偏振 阅读课文，回答什么是偏振，什么是偏振现象？ 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”。 2.偏振方向：一列沿水平方向传播的横波，既可能沿上下方向振动，也可能沿左右方向振动，还可能沿其他“斜”的方向振动。横波的振动方向称为“偏振方向”。 如图是一列横波，当这列横波穿过两个带有狭缝的木板时, 狭缝的方向与波的振动方向相同，横波是否可以穿过？ 回答：横波能穿过狭缝 如图当我们将后一块木板旋转900以后，这时横波就是否能再通过狭缝？ 回答：横波不能穿过狭缝 纵波会不会发生以上情况？ 纵波不会发生以上情况 由此可以看出横波和纵波的区别在哪里？ 横波能够发生偏振现象而纵波不能发生偏振现象，这就是横波与纵波的一个区别。 光的干涉和衍射说明光具有波动性，那么光波是横波还是纵波呢？ 例1　(2025·焦作市高二期中)如图甲所示的两幅图像，用手握住绳的一端，另一端固定，手在竖直方向上下抖动，在绳上就形成了一列机械波，在绳波传播的路径上放置两个带有狭缝的栅栏；如图乙所示的两幅图像，透过两块偏振片P、Q观察可见光，保持P不动，旋转Q。下列说法正确的是(　　) A.图甲说明绳波是纵波 B.当栅栏的狭缝与绳的振动方向平行时，绳波不能通过狭缝 C.对图乙，所用的光源在与传播方向垂直的各个方向上，光的强度一定不相同 D.对图乙，当Q与P透振方向平行时，透射光的强度最大，Q转过90°时，透射光的强度最小 【答案】　D 【解析】　题图甲说明绳波的振动方向与传播方向垂直，故是横波，A错误；当狭缝的方向与绳的振动方向相同时，绳上横波可以通过狭缝，狭缝的方向与绳的振动方向垂直时，绳上横波不能通过，B错误；对题图乙，要用自然光来演示光的偏振现象，所用的光源在与传播方向垂直的各个方向上，光的强度相同，C错误；旋转Q，当Q与P平行，透射光的强度最大，由此转过90°，透射光的强度最小，D正确。 二、光的偏振 （一）偏振片 一种由高分子薄膜制成的光学器件，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”。 （2） 光的偏振 播放光的偏振的两个视频 光的偏振实验说明了什么？ 光的偏振实验说明了光是一种横波。 阅读课文，回答什么是自然光，什么是偏振光？ 1．自然光：实际上，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，而且沿着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，只沿着一个特定的方向振动的光叫偏振光。 例2　(2025·河北省部分高中期中)观众在观看3D电影时需要佩戴用偏振镜片特制的眼镜，屏幕上显示左眼图像时，左眼镜片为透光状态，而右眼镜片为不透光状态，屏幕上显示右眼图像时，右眼镜片为透光状态，而左眼镜片为不透光状态，这样通过两只眼镜就看到了不同的电影画面，形成了立体效果。关于观看3D电影，下列说法正确的是(　　) A.从屏幕上发出的光为偏振光，且左眼图像和右眼图像发出的光偏振方向不相同 B.从屏幕上发出的光为自然光 C.佩戴的眼镜左眼镜片和右眼镜片的透振方向相同 D.如果将3D眼镜反着戴，左眼戴右眼镜片，右眼戴左眼镜片，则看不到电影画面 【答案】　A 【解析】　从屏幕上发出的光为偏振光，左眼图像和右眼图像发出的光偏振方向不相同，左眼镜片的透振方向与左眼图像的偏振方向相同，右眼镜片的透振方向与左眼图像的偏振方向不相同，这样左眼只能看到左眼图像，同理，右眼只能看到右眼图像，从而产生立体效果，故A正确，B、C错误；如果将3D眼镜反着戴，左眼戴右眼镜片，右眼戴左眼镜片，这样右眼看到的是左眼图像，左眼看到的是右眼图像，仍可看到电影画面，故D错误。 三、偏振现象的应用 你知道光的偏振现象在生产生活或科技领域中有什么应用？ （一）摄影 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。 （二）汽车 汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如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化方向都沿同一方向并与水平面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，既不用熄灯，也不用减速， 可以保证安全行车。 （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。 （4） 液晶显示 液晶显示器就是利用这一特性，在上下两片栅栏相互垂直的偏光板之间充满液晶，利用电场控制液晶的转动．不同的电场大小就会形成不同的灰阶亮度． （五）偏光太阳镜 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，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。 （六）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。比如蜜蜂有五支眼、三支复眼、两支复眼，每个复眼包含有6300个小眼，这些小眼能根据太阳的偏光确定的方位，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。 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。 四、激光的特点及其应用 （一）激光 阅读课文，回答普通光为什么不容易发生干涉？ 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。 阅读课文，什么是激光？ 1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了传播方向、偏振、相位等性质完全相同的光波，这就是激光。 激光有哪些特点？在生活生产或科技领域有什么应用？ 1、相干性：激光是一种人工产生的相干光。 相干性应用：光纤通讯、激光全息技术 2.平行度非常好：从地面上发射的一束极细的激光束，到达月球表面时，也只发散成直径lm多的光斑，因此激光在地面上传播时，可以看成是不发散的。 应用：测距、测速、信息存储和阅读 3.亮度高：所谓亮度，是指垂直于光线平面内单位面积上的发光功率，自然光源亮度最高的是太阳，而目前的高功率激光器，亮度可达太阳的1万倍。 应用：工业切割、焊接；医学“光刀”；利用强激光产生的高压引发核聚变。 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高的特点 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.激光的相干性好，任何两束激光都能发生干涉 【答案】　AB 【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高的特点，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；激光相干性好，但频率不相同的两束激光不会发生干涉，故D错误。 课堂小结： 一、单选题 1．如图为偏光显微镜及其内部结构光路图，没放入检测物时光路如图所示，下列说法正确的是（　　） A．偏振片1的作用是使自然光变成单一频率的光 B．偏振片1、2偏振方向相互垂直时感光元件亮度最大 C．旋转一周偏振片1，感光元件检测出两次最大亮度 D．移走偏振片1后，旋转偏振片2，感光元件检测出一次最大亮度 【答案】C 【详解】A．偏振片1的作用是使自然光变成偏振光，故A错误； B．偏振片1、2偏振方向相互垂直时感光元件亮度最小，故B错误； C．旋转一周偏振片1，两偏振片两次透振方向平行，感光元件检测出两次最大亮度， 故C正确； D．移走偏振片1后，旋转偏振片2，感光元件检测出亮度始终一样，故D错误。 故选C。 2．通过一条狭缝看日光灯观察到彩色条纹，这个现象属于光的（　　） A．衍射现象 B．偏振现象 C．干涉现象 D．全反射现象 【答案】A 【详解】A．光的衍射是光遇到狭缝等障碍物时偏离直线传播的现象，当狭缝宽度与可见光波长相接近时会发生明显衍射，日光灯发出的复色光中不同波长的光衍射条纹间距不同，因此会形成彩色条纹，故A正确； B．偏振是横波的特有属性，体现的是光的振动方向的特点，与题干中狭缝产生彩色条纹的现象无关，故B错误； C．干涉需要两列或多列相干光叠加才能产生，单缝无法满足干涉的产生条件，故C错误； D．全反射是光从光密介质入射到光疏介质、且入射角大于临界角时发生的全部反射的现象，与题干现象无关，故D错误。 故选A。 3．如图所示，P是一偏振片，它的透振方向为竖直方向（图中用带箭头的实线表示）。现用四种入射光束分别照射P时，不能在P的另一侧观察到透射光的是（     ） 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】C 【详解】A．太阳光属于自然光，包含沿任意方向振动的光，存在竖直方向的振动分量，因此有透射光，故A错误； B．沿竖直方向振动的光，振动方向与透振方向完全一致，可以完全通过偏振片，有透射光，故B错误； C．沿水平方向振动的光，振动方向与竖直的透振方向完全垂直，没有沿透振方向的振动分量，无法透过偏振片，观察不到透射光，故C正确； D．沿与竖直方向成45°角振动的光，可分解出沿竖直透振方向的振动分量，因此有部分光透过偏振片，存在透射光，故D错误； 故选 C。 4．如图所示，由照相机拍摄的两组照片，甲图无法看清车内景物，乙图调整镜头后拍摄可以看清车内景物。关于该现象，下列说法正确的是（　　） A．照相机镜头前加的是滤光片 B．照相机镜头前加的是增透膜 C．照相机镜头前加的是偏振片 D．照相机镜头前加的是增反膜 【答案】C 【详解】该现象的原理是：汽车玻璃表面的反射光是偏振光，甲图中玻璃反射的强光（眩光）盖过了车内景物的光线，因此无法看清车内景物。 A．滤光片利用薄膜干涉原理过滤特定波长的光，无法消除玻璃的反射眩光，故A错误； B．增透膜是镜头本身用来增加整体透光率的薄膜，不能消除玻璃表面的反射眩光，故B错误； C．偏振片可以阻挡玻璃反射的偏振光，滤除反射眩光后，就能看清车内景物，符合题意，故C正确； D．增反膜的作用是增强反射，更无法看清车内，故D错误。 故选C。 5．下列说法正确的是（     ） A．激光切除肿瘤是利用激光亮度高能量高度集中的特点 B．光可以是横波，也可以是纵波 C．激光不能发生衍射现象 D．激光不能发生干涉现象 【答案】A 【详解】A．激光具有亮度高、能量高度集中的特点，临床中利用该特性做“光刀”切除肿瘤，故A正确； B．光属于电磁波，电磁波的振动方向与传播方向垂直，全部为横波，不可能是纵波，故B错误； C．衍射是所有波都具备的固有特性，激光属于电磁波，满足衍射条件时可以发生衍射现象，故C错误； D．干涉是所有波都具备的固有特性，且激光相干性极好，极易发生干涉现象（如全息照相就利用了激光干涉的原理），故D错误。 故选A。 6．如图所示，自然光经过两个偏振片，呈现在光屏上，偏振片B绕圆心转动且周期为T，则光屏上两个光强最小的时间间隔为（     ） A．2T B．T C．0.5T D． 【答案】C 【详解】根据偏振原理，自然光经两个偏振片呈现在光屏上，光强从最强到最小，偏振片B转动90°，即，从最小到最强再转动，再从最强到最小再转动，可知光屏上两个光强最小的时间间隔为0.5T。 故选C。 7．如图所示，两光屏间放有两个透振方向平行的偏振片，它们四者共轴且平行，现让太阳光沿轴线通过上的小孔照射到固定不动的上，再使绕轴匀速转动。关于上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是（　　） A．逐渐变亮 B．逐渐变暗 C．先变亮后变暗 D．先变暗后变亮 【答案】B 【详解】太阳光是自然光，通过偏振片P后，变为偏振光。设通过P后的光强度为。 偏振片P和Q的透振方向初始时是平行的。当偏振片Q绕轴线转动时，设其透振方向与P的透振方向（即入射偏振光的振动方向）的夹角为。根据马吕斯定律，通过Q的光强度与夹角的关系为： 初始状态，P和Q的透振方向平行，，此时通过Q的光强度最大，。 当Q绕轴匀速转动时，夹角从均匀增大到。 在这个过程中，的值从1减小到0，因此的值也从1单调减小到0。 所以，通过Q到达光屏N上的光强度从逐渐减小到0，即光屏N上的亮度逐渐变暗。 故选B。 8．关于应用激光的事例中，下列说法正确的是（　　） A．激光平行度好可以用于通信 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 【答案】D 【详解】A．激光平行度好，即使传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，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。 9．如图所示，L是发光二极管，P是透振方向为竖直方向的偏振片。一同学戴着图乙的偏振眼镜观察二极管，则（     ） A．从M点观察，左镜片亮、右镜片暗 B．从M点观察，左镜片暗、右镜片亮 C．从N点观察，左镜片亮、右镜片暗 D．从N点观察，左镜片暗、右镜片亮 【答案】C 【详解】发光二极管L发出的光为偏振光，偏振片P的透振方向为竖直方向，所以经过P后光为竖直方向的偏振光 AB．从M点观察时，竖直方向的偏振光可以透过左镜片，所以左镜片亮，水平方向的偏振光可以透过右镜片，所以右镜片亮，AB错误； CD．从N点观察时，竖直方向的光能透过偏振片P，，其它方向的光不能透过偏振片P，此时竖直方向的偏振光可以透过左镜片，不能透过右镜片，左镜片亮，右镜片暗，C正确，D错误。 故选C。 10．光学技术作为一门高精密度的学科，应用在各个领域，下列关于光学现象的说法正确的是（     ） A．如图甲所示，肥皂泡上的彩色条纹是由于光发生了干涉现象 B．如图乙所示，观看3D立体电影时佩戴特殊的眼镜，此过程利用了光的全反射现象 C．从图丙检验工件平整度的操作中，通过干涉条纹可推断出P为凸处、Q为凹处 D．如丁图所示，水流导光是利用了光的衍射 【答案】A 【详解】A．肥皂泡的薄膜前后两个表面反射的光发生薄膜干涉，不同色光干涉加强位置不同，形成彩色条纹，故A正确； B．3D 电影的偏光眼镜利用的是光的偏振，不是全反射；两台放映机发出振动方向垂直的偏振光，左右眼镜只允许对应偏振光进入人眼，产生立体视觉，故B错误； C．检验工件平整度的操作中，明条纹处空气膜的厚度相同，从弯曲的条纹可知，P处弯曲条纹的空气膜厚度与未弯曲条纹的空气膜厚度相同，则P为凹处，同理可知Q为凸处，故C错误； D．水流导光中，激光在水流与空气的界面不断发生全反射，沿水流传播，不是衍射，故D错误。 故选A。 11．如图甲所示，某科技小组通过“水流导光”的实验来演示光纤通信的原理。瓶内装有适量清水，水从小孔中喷出后形成了弯曲的水流。将绿色激光水平射向小孔，使光束与水流保持在同一竖直平面内，经过调整水流喷出的速度后，观察到光束恰好只沿着弯曲的液流传播。激光从激光器射向点的路径简化图如图乙所示，若保持光的入射方向和水流喷出的速度不变，下列说法正确的是（     ） A．改用折射率更小的液体，绿色激光仍只沿着弯曲的液流传播 B．改用红色激光，光线也只沿着弯曲的水流传播 C．改用紫色激光也能在点处发生全反射 D．光纤通信的物理原理与佩戴3D眼镜观看立体电影的物理原理相同 【答案】C 【详解】A．改用折射率更小的液体，由，减小则临界角增大，入射角不变的情况下，入射角小于新的临界角，无法发生全反射，绿色激光不能继续沿液流传播，故A错误； B．同一种液体对频率越低的光折射率越小，红光频率小于绿光，所以 由可得 入射角不变，入射角小于红光的临界角，无法发生全反射，红光不能沿水流传播，故B错误； C．紫光频率大于绿光，所以 由可得 入射角不变，入射角大于紫光的临界角，会发生全反射，故C正确； D．光纤通信的原理是光的全反射，而3D眼镜观看立体电影利用的是光的偏振原理，二者原理不同，故D错误。 故选C。 二、多选题 12．关于激光，下列说法正确的是（     ） A．激光可从自然界中直接获取 B．用激光读出光盘上的信息利用了激光的平行度好 C．医学上用激光做“光刀”来切开皮肤利用了激光的平行度好 D．激光雷达测量目标的运动速度利用了多普勒效应 【答案】BD 【详解】A．激光是原子受激辐射产生的，不能从自然界直接获取，A错误； B．激光的平行度好，传播过程中发散程度极小，可以聚焦到很小的光斑上，精准读取光盘上信息，B正确； C．医学上用激光做“光刀”切开皮肤，利用的是激光亮度高、能量集中的特点，C错误； D．激光雷达向目标发射激光后，通过接收反射光的频率偏移，利用多普勒效应就可以精准测算目标的运动速度，D正确。 故选BD。 13．下列关于仪器原理说法正确的是（     ） A．甲图中，雷达测速利用了多普勒效应 B．乙图中，光导纤维传递信息利用了光的全反射现象 C．丙图中，激光切割金属利用了激光相干性好的特点 D．丁图中，观看立体电影时，需配戴的特制眼镜利用了光的干涉现象 【答案】AB 【详解】A．甲图中，雷达测速利用了多普勒效应，A正确； B．乙图中，光导纤维传递信息利用了光的全反射现象，B正确； C．丙图中，激光切割金属利用了激光亮度高、能量大的特点，C错误； D．丁图中，观看立体电影时，需配戴的特制眼镜利用了光的偏振现象，D错误。 故选AB。 一、自然光通过两偏振片的问题 自然光通过偏振片1后，变为偏振光，偏振光的振动方向与偏振片2的透振方向是否一致影响着透射光的强度，当两者平行时，透射光的强度最大，当两者垂直时，透射光的强度为零。 二、激光相关问题解题关键 (1)熟记激光的主要特点及应用。 (2)激光作为一种光，具有光的一切性质，能发生衍射、干涉、反射、折射等，遵从反射定律、折射定律等。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.6 光的偏振 激光 导学案 1．通过实验，认识偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。 2．从光的偏振现象知道光是横波，了解偏振光和自然光的区别。 3．知道日常见到的光多数是偏振光，了解光的偏振现象在生产生活中的一些应用。 4．了解激光的特点，能列举实例阐述激光的三个特性。 1．掌握光的干涉条件、相干光源，理解亮暗纹形成原理。（重点） 2．会双缝干涉条纹间距简单计算，能识别双缝、薄膜干涉现象。（重点） 3．用光程差分析干涉条纹。区分干涉、衍射、反射现象，理解薄膜干涉的半波损失。（难点） 【自主预习】 一、偏振 1．横波与纵波的特点：在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在 。在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向 。 2．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 的。这个现象称为“偏振现象”。 3．偏振方向： 波的振动方向。 二、光的偏振 1．光是一种 波。 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， 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 的光不能通过，这个方向叫作“透振方向”。 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 方向上沿 方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都 。 (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。 4．偏振光的获得 (1)利用偏振片来获得偏振光。让自然光通过偏振片，如图所示，就会变成在某一方向上振动的光。 (2)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。 三、偏振现象的应用 1．偏振滤光片：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 。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 ，就可以 而使水下和玻璃后的景象清晰。 2．立体电影：放映时通过两台放映机，同步放映两组胶片，每架放映机前安装一块偏振片，其透振方向 。观众所戴偏振眼镜的两只镜片的透振方向 ，且左眼镜片与左机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片与右机前振片的透振方向一致。这样，左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感。 四、激光的特点及其应用 1．1960年，美国物理学家 率先在实验室中制造出了 、 、 的光波，这就是激光。 注：激光是相干光，是人工产生的光，自然界不存在激光。 2．激光的特点及其应用 (1)激光具有高度的 ，激光 的特性能在实际应用中带来很多方便。利用这个特点，双缝干涉实验和衍射实验，用激光比用自然光更容易完成。激光还能用来传递 ，光纤通信就是 和 相结合的产物。 (2)激光的平行度 ，在传播很远的距离后仍能保持一定的 。 因此激光可以用来进行精确的 ，还可以利用激光束等各种实用的 设备，为枪械、火炮、导弹等武器提供目标指引。 (3)激光的亮度 ，它可以在很小的 和很短的 内集中很大的 。 因此，可以利用激光束来切割、焊接，以及在很硬的材料上 ，医学上可以用激光做“ ”来切开皮肤、切除肿瘤，还可以用激光“焊接”剥落的视网膜。 3．激光在科学研究上的应用 (1)以激光为光源，科学家们可以深入研究原子、分子和固体材料的光谱，从而了解这些物质的结构。 (2)利用激光，可以研究分子的运动和化学反应的过程。 (3)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，这是人类能完成的最准确的测量之一。 一、偏振 【情景导学】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？ 摄影师又是如何拍摄下清晰的画面的呢？ （1） 温故旧知 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。 （二）偏振 阅读课文，回答什么是偏振，什么是偏振现象？ 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”。 2.偏振方向：一列沿水平方向传播的横波，既可能沿上下方向振动，也可能沿左右方向振动，还可能沿其他“斜”的方向振动。横波的振动方向称为“偏振方向”。 如图是一列横波，当这列横波穿过两个带有狭缝的木板时, 狭缝的方向与波的振动方向相同，横波是否可以穿过？ 回答：横波能穿过狭缝 如图当我们将后一块木板旋转900以后，这时横波就是否能再通过狭缝？ 回答：横波不能穿过狭缝 纵波会不会发生以上情况？ 纵波不会发生以上情况 由此可以看出横波和纵波的区别在哪里？ 横波能够发生偏振现象而纵波不能发生偏振现象，这就是横波与纵波的一个区别。 光的干涉和衍射说明光具有波动性，那么光波是横波还是纵波呢？ 例1　(2025·焦作市高二期中)如图甲所示的两幅图像，用手握住绳的一端，另一端固定，手在竖直方向上下抖动，在绳上就形成了一列机械波，在绳波传播的路径上放置两个带有狭缝的栅栏；如图乙所示的两幅图像，透过两块偏振片P、Q观察可见光，保持P不动，旋转Q。下列说法正确的是(　　) A.图甲说明绳波是纵波 B.当栅栏的狭缝与绳的振动方向平行时，绳波不能通过狭缝 C.对图乙，所用的光源在与传播方向垂直的各个方向上，光的强度一定不相同 D.对图乙，当Q与P透振方向平行时，透射光的强度最大，Q转过90°时，透射光的强度最小 二、光的偏振 （一）偏振片 一种由高分子薄膜制成的光学器件，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”。 （2） 光的偏振 播放光的偏振的两个视频 光的偏振实验说明了什么？ 光的偏振实验说明了光是一种横波。 阅读课文，回答什么是自然光，什么是偏振光？ 1．自然光：实际上，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，而且沿着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，只沿着一个特定的方向振动的光叫偏振光。 例2　(2025·河北省部分高中期中)观众在观看3D电影时需要佩戴用偏振镜片特制的眼镜，屏幕上显示左眼图像时，左眼镜片为透光状态，而右眼镜片为不透光状态，屏幕上显示右眼图像时，右眼镜片为透光状态，而左眼镜片为不透光状态，这样通过两只眼镜就看到了不同的电影画面，形成了立体效果。关于观看3D电影，下列说法正确的是(　　) A.从屏幕上发出的光为偏振光，且左眼图像和右眼图像发出的光偏振方向不相同 B.从屏幕上发出的光为自然光 C.佩戴的眼镜左眼镜片和右眼镜片的透振方向相同 D.如果将3D眼镜反着戴，左眼戴右眼镜片，右眼戴左眼镜片，则看不到电影画面 三、偏振现象的应用 你知道光的偏振现象在生产生活或科技领域中有什么应用？ （一）摄影 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。 （二）汽车 汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如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化方向都沿同一方向并与水平面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，既不用熄灯，也不用减速， 可以保证安全行车。 （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。 （4） 液晶显示 液晶显示器就是利用这一特性，在上下两片栅栏相互垂直的偏光板之间充满液晶，利用电场控制液晶的转动．不同的电场大小就会形成不同的灰阶亮度． （五）偏光太阳镜 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，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。 （六）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。比如蜜蜂有五支眼、三支复眼、两支复眼，每个复眼包含有6300个小眼，这些小眼能根据太阳的偏光确定的方位，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。 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° 四、激光的特点及其应用 （一）激光 阅读课文，回答普通光为什么不容易发生干涉？ 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。 阅读课文，什么是激光？ 1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了传播方向、偏振、相位等性质完全相同的光波，这就是激光。 激光有哪些特点？在生活生产或科技领域有什么应用？ 1、相干性：激光是一种人工产生的相干光。 相干性应用：光纤通讯、激光全息技术 2.平行度非常好：从地面上发射的一束极细的激光束，到达月球表面时，也只发散成直径lm多的光斑，因此激光在地面上传播时，可以看成是不发散的。 应用：测距、测速、信息存储和阅读 3.亮度高：所谓亮度，是指垂直于光线平面内单位面积上的发光功率，自然光源亮度最高的是太阳，而目前的高功率激光器，亮度可达太阳的1万倍。 应用：工业切割、焊接；医学“光刀”；利用强激光产生的高压引发核聚变。 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高的特点 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.激光的相干性好，任何两束激光都能发生干涉 课堂小结： 一、单选题 1．如图为偏光显微镜及其内部结构光路图，没放入检测物时光路如图所示，下列说法正确的是（　　） A．偏振片1的作用是使自然光变成单一频率的光 B．偏振片1、2偏振方向相互垂直时感光元件亮度最大 C．旋转一周偏振片1，感光元件检测出两次最大亮度 D．移走偏振片1后，旋转偏振片2，感光元件检测出一次最大亮度 2．通过一条狭缝看日光灯观察到彩色条纹，这个现象属于光的（　　） A．衍射现象 B．偏振现象 C．干涉现象 D．全反射现象 3．如图所示，P是一偏振片，它的透振方向为竖直方向（图中用带箭头的实线表示）。现用四种入射光束分别照射P时，不能在P的另一侧观察到透射光的是（     ） 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 4．如图所示，由照相机拍摄的两组照片，甲图无法看清车内景物，乙图调整镜头后拍摄可以看清车内景物。关于该现象，下列说法正确的是（　　） A．照相机镜头前加的是滤光片 B．照相机镜头前加的是增透膜 C．照相机镜头前加的是偏振片 D．照相机镜头前加的是增反膜 5．下列说法正确的是（     ） A．激光切除肿瘤是利用激光亮度高能量高度集中的特点 B．光可以是横波，也可以是纵波 C．激光不能发生衍射现象 D．激光不能发生干涉现象 6．如图所示，自然光经过两个偏振片，呈现在光屏上，偏振片B绕圆心转动且周期为T，则光屏上两个光强最小的时间间隔为（     ） A．2T B．T C．0.5T D． 7．如图所示，两光屏间放有两个透振方向平行的偏振片，它们四者共轴且平行，现让太阳光沿轴线通过上的小孔照射到固定不动的上，再使绕轴匀速转动。关于上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是（　　） A．逐渐变亮 B．逐渐变暗 C．先变亮后变暗 D．先变暗后变亮 8．关于应用激光的事例中，下列说法正确的是（　　） A．激光平行度好可以用于通信 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 9．如图所示，L是发光二极管，P是透振方向为竖直方向的偏振片。一同学戴着图乙的偏振眼镜观察二极管，则（     ） A．从M点观察，左镜片亮、右镜片暗 B．从M点观察，左镜片暗、右镜片亮 C．从N点观察，左镜片亮、右镜片暗 D．从N点观察，左镜片暗、右镜片亮 10．光学技术作为一门高精密度的学科，应用在各个领域，下列关于光学现象的说法正确的是（     ） A．如图甲所示，肥皂泡上的彩色条纹是由于光发生了干涉现象 B．如图乙所示，观看3D立体电影时佩戴特殊的眼镜，此过程利用了光的全反射现象 C．从图丙检验工件平整度的操作中，通过干涉条纹可推断出P为凸处、Q为凹处 D．如丁图所示，水流导光是利用了光的衍射 11．如图甲所示，某科技小组通过“水流导光”的实验来演示光纤通信的原理。瓶内装有适量清水，水从小孔中喷出后形成了弯曲的水流。将绿色激光水平射向小孔，使光束与水流保持在同一竖直平面内，经过调整水流喷出的速度后，观察到光束恰好只沿着弯曲的液流传播。激光从激光器射向点的路径简化图如图乙所示，若保持光的入射方向和水流喷出的速度不变，下列说法正确的是（     ） A．改用折射率更小的液体，绿色激光仍只沿着弯曲的液流传播 B．改用红色激光，光线也只沿着弯曲的水流传播 C．改用紫色激光也能在点处发生全反射 D．光纤通信的物理原理与佩戴3D眼镜观看立体电影的物理原理相同 二、多选题 12．关于激光，下列说法正确的是（     ） A．激光可从自然界中直接获取 B．用激光读出光盘上的信息利用了激光的平行度好 C．医学上用激光做“光刀”来切开皮肤利用了激光的平行度好 D．激光雷达测量目标的运动速度利用了多普勒效应 13．下列关于仪器原理说法正确的是（     ） A．甲图中，雷达测速利用了多普勒效应 B．乙图中，光导纤维传递信息利用了光的全反射现象 C．丙图中，激光切割金属利用了激光相干性好的特点 D．丁图中，观看立体电影时，需配戴的特制眼镜利用了光的干涉现象 一、自然光通过两偏振片的问题 自然光通过偏振片1后，变为偏振光，偏振光的振动方向与偏振片2的透振方向是否一致影响着透射光的强度，当两者平行时，透射光的强度最大，当两者垂直时，透射光的强度为零。 二、激光相关问题解题关键 (1)熟记激光的主要特点及应用。 (2)激光作为一种光，具有光的一切性质，能发生衍射、干涉、反射、折射等，遵从反射定律、折射定律等。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $