1、6光的偏振激光1通过实验，认识偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。2.了解偏振光和自然光的区别，从光的偏振现象知道光是横波。3.知道日常见到的光多数是偏振光，了解偏振光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。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、光的偏振及偏振现象的应用1光是一种横波。2偏振片的透振方向：每个偏振片都有一个特定的方向，沿着这个方向振动
2、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偏振光的形成(1)自然光通过偏振片后，得到偏振光。(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。5偏振现象的应用(1)照相机镜头前装偏振滤光片。(2)观看立体电影。三、激光的特点及其应用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
3、等性质完全相同的光波，这就是激光。1“纯净”性及应用(1)“纯净”性：频率、相位、偏振以及传播方向等性质完全相同。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。(2)应用：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平行度及应用(1)平行度：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。(2)应用：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亮度及应用(1)亮度：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。(2)应用：可用激光束来切割、焊接以及在很硬的材料上打孔，医学上可以用激光做
4、“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。4激光还是科学研究的有力工具。判一判(1)自然光与偏振光之间可以相互转化。()(2)光的偏振现象说明光波属于横波。()(3)只有利用偏振片才能获得偏振光。()(4)激光用于光纤通信是利用了它亮度高的特点。()(5)激光可用做“光刀”来切开皮肤，是利用了激光的纯净性好。()提示：(1)(2)(3)(4)(5)想一想(1)自然光和偏振光的主要区别是什么？提示：在垂直于传播方向的平面内，自然光沿一切方向振动，偏振光沿某一特定方向振动。(2)自然光经水面反射的光一定是偏振光吗？提示：自然光经水面反射和折射的光都一定是偏振光。(3)利用激光
5、测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的性质？提示：应用了其“平行度”非常好的性质。课堂任务偏振现象及应用仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。(由特定材料制成的“偏振片”P、Q的功能类似图甲中的狭缝，类似狭缝的方向叫“透振方向”。)活动1：波分为纵波和横波。纵波和横波的特点是什么？提示：纵波的振动方向与波的传播方向在同一直线上。横波的振动方向与波的传播方向垂直，沿同一方向传播的不同横波，振动方向可能不同。活动2：我们可以根据两种波的特点利用图甲装置确定机械波的类型，试简述其原理。提示：因为纵波的振动方向与传播方向在同一直线上，所以狭缝不论沿哪个方向，纵波都能通过，如甲(a)图所示；因为横波
6、的振动方向与传播方向垂直，所以只有振动方向与狭缝方向相同时，横波才能完全通过，如甲(b)图所示；当狭缝与振动方向垂直时，横波完全不能通过，如甲(c)图所示；当狭缝与振动方向有夹角时，可将振动分解为沿狭缝方向和垂直于狭缝方向，这时横波能部分通过狭缝。所以通过旋转狭缝可以确定某波是横波还是纵波。活动3：研究表明，光是一种横波。如乙(a)图所示，让阳光或灯光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些。以光的传播方向为轴旋转偏振片P，发现透射光的强度不变。如何解释这种现象？如果光波是纵波，还能发生这种现象吗？提示：太阳以及日光灯发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方
7、向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。不能。如果光是纵波，阳光或灯光通过偏振片后透射光不会变暗，应该和透射前的相同。活动4：如乙(b)图所示，在偏振片P后面再放置另一个偏振片Q，透射光的强度没有发生变化；以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，如乙(c)图所示，此时没有透射光，这说明了什么？提示：说明透过偏振片P的光能完全透过偏振片Q(b)，而不能透过旋转90后的偏振片Q(c)。1自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光自然光通过偏振片后的光或经过折射、反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
8、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，光振动沿某一特定方向(与偏振片透振方向一致)2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，当自然光通过偏振片时，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。(3)平时我们所看到的绝大部分光，除直接从太阳、电灯等光源发出的光以外都是不同程度的偏振光(部分偏振光)。而通过偏振片的光只在一个方向振动，是完全偏振光。3偏振光的应用(1)光的偏振现象有很多应用。如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，
9、常使景象不清楚，如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景象清晰。(2)夜晚行车时，对方照射过来的光很强，若加一个偏振片，可减弱对眼睛的照射。(3)立体电影也是利用了光的偏振原理。例1两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面调整至没有光通过。如果将其中的一片旋转180，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象()A透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零B透过偏振片的光强先增强，然后减少到非零的最小值C透过偏振片的光强在整个过程中都增强D透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强(1)两偏振片如何放置，透射光最强？提示：两偏振片的透振方向平
10、行时，透射光最强。(2)两偏振片如何放置，透射光最弱？提示：两偏振片的透振方向垂直时，透射光最弱。规范解答两偏振片的透振方向垂直时，没有光通过；透振方向平行时，光强度达到最大。将其中一个偏振片转动180的过程中，两偏振片的透振方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光先增强，然后又减小到零。故A正确。完美答案A规律点拨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，透射光光强最大，当两者垂直时，透射光的光强为零。如图所示，P是一偏振片，P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向。一光束射向P，该光束的振动方
11、向与P的透振方向成45角(用带有箭头的虚线表示)。顺时针旋转P半周，从另一侧观察到光束的亮度变化情况是()A先变亮，再变暗B先变亮，然后变暗，再变亮C先变暗，再变亮D先变暗，然后变亮，再变暗答案D解析一光束射向P，该光束的振动方向与P的透振方向成45角，在顺时针旋转P半周过程中，光束振动方向与P的透振方向先由夹角为45转到垂直，再由垂直转到平行，最后由平行转至夹角又为45，则从另一侧观察到光束的亮度先变暗，然后变亮，再变暗，故A、B、C错误，D正确。课堂任务激光及其应用仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：前面我们学习了光的干涉(图甲)，做干涉实验时理想的光源应具备什么性质？提示：理
12、想的光源应该频率相同、相位差恒定、偏振方向一致，称为相干光。活动2：普通光源是大量原子随机发光，发出的光是否具备上述性质？提示：大量原子随机发光，某个原子什么时刻发光、在哪个方向偏振、向哪个方向传播，完全是随机的，发光频率不一定相同，不同原子发出的光没有确定的相位差，所以两个独立的普通光源发出的光不会发生干涉，不具备上述性质。活动3：人们经过探索，终于发明了理想光源激光。图乙说明激光的另一个特点是什么？提示：与手电筒的光束比较，可知激光平行度好。活动4：图丙说明激光还有什么特点？提示：可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量，即亮度高。1激光激光是原子受激辐射产生的光，发出光的传播方向、偏
13、振、相位等性质均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是相干光，激光是人工产生的光。2激光的特点及应用特点性质应用纯净性高激光具有频率单一、相位差恒定、偏振方向相同的特点，是人工产生的相干光，具有高度的纯净性，即相干性光纤通信平行度好激光的平行度非常好，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”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
14、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。例2(多选)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测距B激光能量十分集中，为治疗近视眼而研制的“激光刀”就利用了这个特点，优点是有效地减少了细菌的感染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，可用于双缝干涉实验(1)光发生干涉的条件是什么？提示：频率相同、相位差恒定、偏振方向一致。(2)激光的什么特点与干涉条件相符合？提示：激光具有高度的相干性。规范解答激光平行度好，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，A正确；激光的亮度
15、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，B正确；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，D正确；一般照明的灯光是辐射状的，而激光凝聚程度高，亮度高，容易烧坏物体，因此不能用于广场照明，所以C错误。完美答案ABD规律点拨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。科学家利用激光干涉方法探测到由于引力波引起的干涉条纹的变化，这是引力波存在的直接证据。关于激光，下列说法中正确的是()A激光是自然界中某种物质直接发光产生的，不是偏振光B激光相干性好，任
16、何两束激光都能发生干涉C用激光照射不透明挡板上小圆孔时，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，也是偏振光，A错误；激光相干性好，只有频率相同、相位相同、偏振方向相同的两束激光才会发生干涉，B错误；用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到衍射条纹，间距不等，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，D正确。1(自然光与偏振光的区别)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
17、能使感光底片感光答案D解析自然光和偏振光都能发生干涉、衍射现象，A错误；除了从太阳、电灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光，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。2(自然光与偏振光的区别)(多选)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相同B偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光C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D太阳、电灯等普通光源发出的光
18、都是自然光答案BD解析按自然光和偏振光的定义，自然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相同，而偏振光是在垂直于传播方向上，只沿某一特定方向振动的光，A错误，B正确；太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光，自然光经过一个偏振片时，只有振动方向平行于偏振片透振方向的光才能完全通过偏振片，故自然光透过一个偏振片后变成偏振光，但偏振光再通过一个偏振片时，当偏振片的透振方向与偏振光的振动方向平行时，能通过偏振片，但仍然是偏振光，不是自然光，当透振方向与光振动方向垂直时，偏振光不能透过偏振片，故C错误，D正确。3(激光)下列说法正确的是()A激光是自然光被放大而产生
19、的B激光是原子受激辐射而得到的加强光C激光的能量一定大于其他光的能量D激光的传播速度比普通光大答案B解析激光是由人工产生的光，它是由原子受激辐射而产生的加强光，它具有平行度好、相干性强和亮度高的特点，其传播速度等于光速，其能量不一定大于其他光的能量，B正确，A、C、D错误。4(激光的特点及应用)(多选)以下说法中正确的是()A激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性B由于激光的方向性好，所以激光不能产生衍射现象C光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物D科学家可以利用激光研究化学反应的过程答案ACD解析激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性，故A正确；激光相干性好，可以发生干涉、衍射现象
20、，故B错误；光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，故C正确；科学家可以利用激光研究化学反应的过程，故D正确。5(光的偏振原理)(多选)如图所示，位于S处的电灯发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则()A图中a光为偏振光B图中b光为偏振光C以SP为轴将B转过180后，在P处将看到光亮D以SP为轴将B转过90后，在P处将看到光亮答案BD解析自然光沿各个方向的振动是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光，它通过偏振片A后，变为偏振光，则A错误，B正确；由人眼在P处看不到光亮可知，A、B两偏振片的透振方向相互垂直，当以S
21、P为轴将B转过180后，两偏振片的透振方向仍垂直，在P处仍看不到光亮，当以SP为轴将B转过90后，两偏振片的透振方向平行，在P处将看到光亮，C错误，D正确。6(光的偏振的应用)如图所示是观看立体电影时放映机镜头上的偏振片和观看者所戴的偏光眼镜的配置情况，其中正确的是()答案B解析立体电影是利用光的偏振现象来实现的。两台放映机同时放映着从不同角度同时拍摄的场景，并且放映机采用正好垂直的偏振光进行放映，观众所戴的眼镜左、右镜片的透振方向正好也相互垂直。只有透振方向与某束偏振光的偏振方向平行的镜片才能透过该束偏振光，这样，两只镜片分别只能透过来自两台放映机中某一台的偏振光，则观众同时能获得两束带有不
22、同信息的光线，在脑海中便能复合成立体感很强的场景，所以B图所示情况正确。7(光的偏振的应用)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，从而使偏振光的振动方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化。设起偏振器和检偏振器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，正确的说法是()A到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大B到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大C到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变
23、化越小D到达检偏振器的光的振动方向变化越大，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解析根据题意知，温度变化越大，光通过光纤时振动方向变化越大，由于起偏振器和检偏振器的透振方向是相同的，所以光从光纤中通过时振动方向变化越大，透过检偏振器的光强度就会越小，光接收器接收的光强度也就会越小，因此B正确，A错误；同理，C、D错误。8(激光的应用)一束红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器产生的光脉冲的持续时间为1.01011 s，波长为694.3 nm，发射功率为1.01010 W。求： (1)每列光脉冲的长度；(2)用这种激光照射皮肤色斑，每1
24、 cm2皮肤吸收的能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一个色斑的面积为50 mm2，则它需要吸收多少列红宝石激光脉冲才能逐渐消失？答案(1)3.0103 m(2)300列解析(1)光脉冲的持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间。每列光脉冲的长度lct3.01081.01011 m3.0103 m。(2)一列光脉冲所携带的能量EPt1.010101.01011 J0.1 J。设使1 cm2色斑逐渐消失所需能量为E，则清除面积为50 mm2的色斑需要光脉冲数为nE300(列)。9(光的偏振的应用)(多选)电子表的显示屏利用了液晶的旋光性，当液晶上不加电压时，偏振光通过液晶时偏振方向会被旋转90，这
25、就是液晶的旋光性；如果在液晶上加上电压，则旋光性消失。有一种电子表的显示屏是透明的，而在显示数字的笔画处不透光，则关于该显示屏，下列说法正确的是()A上下两个偏振片的透振方向互相垂直B上下两个偏振片的透振方向互相平行C笔画处为透明电极，因此加上电压时变为不透明的D笔画处没有电极，其余部分为透明电极答案AC解析电子表的显示屏是透明的，假设光从下向上传播，光线通过下偏振片时成为偏振光，如果不加电压，偏振光通过液晶时偏振方向旋转90，此时光线能透过上偏振片，可知上偏振片的透振方向应与此时偏振光的偏振方向相同，即与下偏振片的透振方向垂直，A正确，B错误；组成数字的笔画处有时透明，有时不透明，可知笔画处
26、为透明电极，当加上电压时液晶旋光性消失，变为不透明的，C正确，D错误。10(光的偏振的应用)夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照射得睁不开眼，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；同时汽车的前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与对方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，如下措施中可行的是()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前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是竖直的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45D前
27、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，从车灯发出的光照射到物体上反射回的光线将不能透过前窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，所以A错误；若前窗玻璃与车灯玻璃透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照射得司机睁不开眼，B错误；若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，则车灯发出的光经物体反射后无法透射进本车窗内，却可以完全透射进对面车内，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，从车灯发出的光照射到物体上反射回的光能透过前窗玻璃，对面车灯的光偏振方向与前窗玻璃的透振方向垂直，无法透过前窗玻璃，故D正确。
28、11(偏振与干涉的综合)如图所示，在杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？简单说明理由。(1)在单色自然光源S后加一偏振片P；(2)在(1)情况下，再加偏振片P1、P2，P1与P2的透射光方向垂直。答案见解析解析(1)能。到达S1、S2的光是从同一线偏振光分解出来的，它们满足相干条件，能看到干涉条纹，且由于偏振片很薄，对路程差的影响可忽略，干涉条纹的位置与间距和没有P时基本一致，只是光的强度由于偏振片的作用而减弱。(2)不能。由于从P1、P2射出的光的振动方向相互垂直，不满足干涉条件，故光屏E被均匀照亮，无干涉现象，看不到干涉条纹。12(偏振与折射、反射的综合)(1)(多选)旋光仪可以用来
29、测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度，这一角度称为“旋光角”，的值与糖溶液的浓度有关。将的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是()A到达O处光的强度会明显减弱B到达O处光的强度不会明显减弱C将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于D将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于E若使O处光强度再次最大，偏振片A、B均需转过角(
30、2)一束光由真空入射到平面玻璃上，当其折射角为30时，反射光恰好发生完全偏振(反射光线与折射光线垂直)，由此可以计算出玻璃的折射率是多少？此时的入射角称为起偏角，也叫布儒斯特角，试求折射率为n的介质的布儒斯特角的通用表达式。答案(1)ACD(2)1arctann解析(1)偏振片只能让一定偏振方向的光通过，没有样品时，要使到达O处的光最强，偏振片A、B的透振方向应相同；当放入样品时，由于样品的“旋光角”是，光线经过样品后偏振方向不再与B的透振方向平行，故到达O处光的强度会明显减弱，A正确，B错误；偏振片B转过的角度等于，使与偏振光的方向平行时，光到达O处的强度将再次最大，C正确；同理，D正确，E错误。(2)光由真空进入玻璃，光路图如图所示，根据折射定律可得n，而1290所以ntan1由题意知230，ntan1所求的布儒斯特角为1，可得表达式为1arctann。