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6　光的偏振　激光
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.知道光的偏振現(xiàn)象，知道光是一種橫波(重點(diǎn))。2.知道偏振光和自然光的區(qū)別，能運(yùn)用偏振知識(shí)來解釋生活中的一些常見光學(xué)現(xiàn)象(重難點(diǎn))。3.了解激光的特點(diǎn)和應(yīng)用。
一、光的偏振
如圖所示，取一個(gè)偏振片P，讓陽光通過偏振片P，在P的另一側(cè)觀察，可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些；在偏振片P的后面再放置另一個(gè)偏振片Q，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片Q，會(huì)看到什么現(xiàn)象？這說明什么？
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1．偏振現(xiàn)象：不同的橫波，即使傳播方向相同，振動(dòng)方向也________，這種現(xiàn)象稱為“偏振現(xiàn)象”，橫波的__________稱為“偏振方向”。
2．光的偏振
(1)偏振片
由特定的材料制成，每個(gè)偏振片都有一個(gè)______的方向，沿著這個(gè)方向振動(dòng)的光波能順利通過偏振片，這個(gè)方向叫作“______方向”。
(2)自然光和偏振光
①自然光：太陽、日光燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于________________上沿______方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都______。這種光是“自然光”。
②偏振光：在垂直于________________的平面上，沿著________________的方向振動(dòng)，這種光叫作偏振光。
(3)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種______波。
偏振現(xiàn)象的應(yīng)用
1．?dāng)z影技術(shù)中的應(yīng)用： 攝影師在拍攝池中的游魚、玻璃櫥窗里的陳列物時(shí)，由于水面和玻璃表面的反射光的干擾，景象會(huì)不清楚。如果在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片，轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片，讓它的透振方向與水面和玻璃表面的反射光的偏振方向垂直，就可以減弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰。
2．偏振片在汽車擋風(fēng)玻璃上的應(yīng)用：汽車夜間行駛與對面的車輛相遇時(shí)，如遇遠(yuǎn)光燈引發(fā)炫目，極易引起車禍。如果駕駛室的擋風(fēng)玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振方向都沿同一方向并與水平面成45°角，可避免遠(yuǎn)光燈引發(fā)炫目，保證行車安全。
3．立體電影：在每架放映機(jī)前裝有一塊偏振片，其透振方向互相垂直。觀眾所戴的偏振眼鏡的兩只鏡片透振方向互相垂直，且左眼鏡片與左放映機(jī)前偏振片的透振方向一致，右眼鏡片與右邊放映機(jī)前偏振片的透振方向一致。這樣，左眼只能看到左邊放映機(jī)放映出的畫面，右眼只能看到右邊放映機(jī)放映出的畫面，兩眼看到的畫面略有差別，因而產(chǎn)生立體感。
(1)橫波和縱波都能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象。(　　)
(2)自然光通過偏振片可以獲得偏振光。(　　)
例1　(2023·廣東韶關(guān)實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二月考)關(guān)于自然光和偏振光，以下說法正確的是(　　)
A．自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，但是沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度可以不相同
B．偏振光是在垂直于傳播方向的平面上、只沿著某一特定方向振動(dòng)的光
C．自然光透過一個(gè)偏振片后就成為偏振光，偏振光經(jīng)過一個(gè)偏振片后又還原為自然光
D．太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光都是偏振光
自然光與偏振光的比較
自然光 偏振光
不同點(diǎn) 光的來源 直接從光源發(fā)出的光 自然光通過偏振片后的光或由某種介質(zhì)反射或折射的光
光的振動(dòng)方向 在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿所有方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同 在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿某個(gè)特定方向(與偏振片透振方向一致)
相同點(diǎn) 不管是自然光還是偏振光，傳播方向與振動(dòng)方向一定垂直
例2　(2022·江蘇南通市高二期中)如圖所示，A、B為兩偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此時(shí)在光屏C上透射光的強(qiáng)度最大，則(　　)
A．光的偏振現(xiàn)象說明光是縱波
B．自然光垂直于OO′方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度不相同
C．只將A繞OO′軸旋轉(zhuǎn)30°時(shí)，屏上透射光的強(qiáng)度不為零
D．只將B繞OO′軸旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，屏上透射光的強(qiáng)度幾乎為零
針對訓(xùn)練　(2022·江蘇揚(yáng)州市邵伯高級(jí)中學(xué)階段練習(xí))如圖所示，兩光屏間放有兩個(gè)透振方向相互平行的偏振片，現(xiàn)讓太陽光沿軸線通過光屏M上的小孔照射到偏振片P上，再通過偏振片Q，現(xiàn)以光的傳播方向?yàn)檩S使偏振片P由圖示位置旋轉(zhuǎn)90°，下列說法正確的是(　　)
A．MP間為偏振光
B．PQ間為自然光
C．PQ間的光線亮度逐漸變暗
D．光屏N上的亮線逐漸變暗
二、激光
1．激光的產(chǎn)生
激光是一種________相同、________恒定、__________一致的________(選填“人造”或“自然”)光波，具有高度的____________。
2．激光的特點(diǎn)及應(yīng)用
特點(diǎn) 性質(zhì) 應(yīng)用
相干性高 激光具有頻率單一、相位差恒定、偏振方向相同的特點(diǎn)，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性 單縫衍射和雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 光纖通信 全息照相
平行度好 激光的平行度非常好，傳播很遠(yuǎn)的距離后仍能保持一定的強(qiáng)度 精確的測距；提供目標(biāo)指引；讀取光盤上記錄的信息等
亮度高 它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量 用激光束切割、焊接；醫(yī)學(xué)上可以用激光做“光刀”
(1)用激光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)用了激光平行度好的特點(diǎn)。(　　)
(2)利用激光亮度高的特點(diǎn)，可以利用激光進(jìn)行距離測量。(　　)
例3　關(guān)于激光的應(yīng)用，下列說法正確的是(　　)
A．光纖通信是應(yīng)用激光平行度非常好的特點(diǎn)對信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中傳遞信息的
B．計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用激光有相干性的特點(diǎn)
C．醫(yī)學(xué)上用激光做“光刀”來切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)
D．“激光測距雷達(dá)”利用激光測量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)
例4　激光火箭的體積小，卻可以裝載更大、更重的衛(wèi)星或飛船，激光由地面激光站或空間激光動(dòng)力衛(wèi)星提供，通過一套裝置，像手電筒一樣，讓激光束射入火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，使推進(jìn)劑受熱而急劇膨脹，于是形成一股高溫高壓的燃?xì)饬鳎詷O高的速度噴出，產(chǎn)生巨大的推力，把衛(wèi)星或飛船送入太空。激光火箭利用了激光的(　　)
A．單色性好 B．高能量
C．可調(diào)諧 D．相干性好
6　光的偏振　激光
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.知道光的偏振現(xiàn)象，知道光是一種橫波(重點(diǎn))。2.知道偏振光和自然光的區(qū)別，能運(yùn)用偏振知識(shí)來解釋生活中的一些常見光學(xué)現(xiàn)象(重難點(diǎn))。3.了解激光的特點(diǎn)和應(yīng)用。
一、光的偏振
如圖所示，取一個(gè)偏振片P，讓陽光通過偏振片P，在P的另一側(cè)觀察，可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些；在偏振片P的后面再放置另一個(gè)偏振片Q，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片Q，會(huì)看到什么現(xiàn)象？這說明什么？
答案　會(huì)看到在旋轉(zhuǎn)Q時(shí)光的亮度發(fā)生變化。
偏振片的作用類似于狹縫，只有振動(dòng)方向與透振方向一致的光才能通過。當(dāng)偏振片Q與P的透振方向平行時(shí)，穿過Q的光最強(qiáng)；當(dāng)Q與P的透振方向垂直時(shí)，光不能透過Q。
1．偏振現(xiàn)象：不同的橫波，即使傳播方向相同，振動(dòng)方向也可能不同，這種現(xiàn)象稱為“偏振現(xiàn)象”，橫波的振動(dòng)方向稱為“偏振方向”。
2．光的偏振
(1)偏振片
由特定的材料制成，每個(gè)偏振片都有一個(gè)特定的方向，沿著這個(gè)方向振動(dòng)的光波能順利通過偏振片，這個(gè)方向叫作“透振方向”。
(2)自然光和偏振光
①自然光：太陽、日光燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。這種光是“自然光”。
②偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)，這種光叫作偏振光。
(3)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。
偏振現(xiàn)象的應(yīng)用
1．?dāng)z影技術(shù)中的應(yīng)用： 攝影師在拍攝池中的游魚、玻璃櫥窗里的陳列物時(shí)，由于水面和玻璃表面的反射光的干擾，景象會(huì)不清楚。如果在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片，轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片，讓它的透振方向與水面和玻璃表面的反射光的偏振方向垂直，就可以減弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰。
2．偏振片在汽車擋風(fēng)玻璃上的應(yīng)用：汽車夜間行駛與對面的車輛相遇時(shí)，如遇遠(yuǎn)光燈引發(fā)炫目，極易引起車禍。如果駕駛室的擋風(fēng)玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振方向都沿同一方向并與水平面成45°角，可避免遠(yuǎn)光燈引發(fā)炫目，保證行車安全。
3．立體電影：在每架放映機(jī)前裝有一塊偏振片，其透振方向互相垂直。觀眾所戴的偏振眼鏡的兩只鏡片透振方向互相垂直，且左眼鏡片與左放映機(jī)前偏振片的透振方向一致，右眼鏡片與右邊放映機(jī)前偏振片的透振方向一致。這樣，左眼只能看到左邊放映機(jī)放映出的畫面，右眼只能看到右邊放映機(jī)放映出的畫面，兩眼看到的畫面略有差別，因而產(chǎn)生立體感。
(1)橫波和縱波都能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象。(　×　)
(2)自然光通過偏振片可以獲得偏振光。(　√　)
例1　(2023·廣東韶關(guān)實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二月考)關(guān)于自然光和偏振光，以下說法正確的是(　　)
A．自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，但是沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度可以不相同
B．偏振光是在垂直于傳播方向的平面上、只沿著某一特定方向振動(dòng)的光
C．自然光透過一個(gè)偏振片后就成為偏振光，偏振光經(jīng)過一個(gè)偏振片后又還原為自然光
D．太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光都是偏振光
答案　B
解析　自然光沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度相同，故A錯(cuò)誤；偏振光是在垂直于傳播方向的平面上、只沿著某一特定方向振動(dòng)的光，故B正確；自然光透過一個(gè)偏振片后就成為偏振光，偏振光經(jīng)過一個(gè)偏振片后不能還原為自然光，故C錯(cuò)誤；太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光，故D錯(cuò)誤。
自然光與偏振光的比較
自然光 偏振光
不同點(diǎn) 光的來源 直接從光源發(fā)出的光 自然光通過偏振片后的光或由某種介質(zhì)反射或折射的光
光的振動(dòng)方向 在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿所有方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同 在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿某個(gè)特定方向(與偏振片透振方向一致)
相同點(diǎn) 不管是自然光還是偏振光，傳播方向與振動(dòng)方向一定垂直
例2　(2022·江蘇南通市高二期中)如圖所示，A、B為兩偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此時(shí)在光屏C上透射光的強(qiáng)度最大，則(　　)
A．光的偏振現(xiàn)象說明光是縱波
B．自然光垂直于OO′方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度不相同
C．只將A繞OO′軸旋轉(zhuǎn)30°時(shí)，屏上透射光的強(qiáng)度不為零
D．只將B繞OO′軸旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，屏上透射光的強(qiáng)度幾乎為零
答案　C
解析　光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，A錯(cuò)誤；自然光垂直于OO′各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同，B錯(cuò)誤；自然光通過兩偏振片后在光屏C上透射光的強(qiáng)度最大，說明兩偏振片的偏振方向是平行的，只將A繞OO′軸旋轉(zhuǎn)30°時(shí)，兩偏振片的偏振方向不垂直，屏上透射光的強(qiáng)度不為零，C正確；將B繞OO′軸旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，兩偏振片的偏振方向平行，透射光的強(qiáng)度最大，D錯(cuò)誤。
針對訓(xùn)練　(2022·江蘇揚(yáng)州市邵伯高級(jí)中學(xué)階段練習(xí))如圖所示，兩光屏間放有兩個(gè)透振方向相互平行的偏振片，現(xiàn)讓太陽光沿軸線通過光屏M上的小孔照射到偏振片P上，再通過偏振片Q，現(xiàn)以光的傳播方向?yàn)檩S使偏振片P由圖示位置旋轉(zhuǎn)90°，下列說法正確的是(　　)
A．MP間為偏振光
B．PQ間為自然光
C．PQ間的光線亮度逐漸變暗
D．光屏N上的亮線逐漸變暗
答案　D
解析　MP間為自然光，經(jīng)過偏振片P后變?yōu)槠窆猓虼薖Q間為偏振光，故A、B錯(cuò)誤；自然光沿軸線通過光屏M上的小孔照射到偏振片P上，使偏振片P由題圖所示位置旋轉(zhuǎn)90°的過程中，PQ間的光線亮度不變，屏上亮度逐漸變暗，當(dāng)偏振片P與偏振片Q垂直時(shí)，光屏沒有亮度，則光屏上光的亮度逐漸變暗，故C錯(cuò)誤，D正確。
二、激光
1．激光的產(chǎn)生
激光是一種頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向一致的人造(選填“人造”或“自然”)光波，具有高度的相干性。
2．激光的特點(diǎn)及應(yīng)用
特點(diǎn) 性質(zhì) 應(yīng)用
相干性高 激光具有頻率單一、相位差恒定、偏振方向相同的特點(diǎn)，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性 單縫衍射和雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 光纖通信 全息照相
平行度好 激光的平行度非常好，傳播很遠(yuǎn)的距離后仍能保持一定的強(qiáng)度 精確的測距；提供目標(biāo)指引；讀取光盤上記錄的信息等
亮度高 它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量 用激光束切割、焊接；醫(yī)學(xué)上可以用激光做“光刀”
(1)用激光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)用了激光平行度好的特點(diǎn)。(　×　)
(2)利用激光亮度高的特點(diǎn)，可以利用激光進(jìn)行距離測量。(　×　)
例3　關(guān)于激光的應(yīng)用，下列說法正確的是(　　)
A．光纖通信是應(yīng)用激光平行度非常好的特點(diǎn)對信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中傳遞信息的
B．計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用激光有相干性的特點(diǎn)
C．醫(yī)學(xué)上用激光做“光刀”來切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)
D．“激光測距雷達(dá)”利用激光測量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)
答案　C
解析　由激光的特點(diǎn)及應(yīng)用可知光纖通信主要利用了激光的相干性，A錯(cuò)誤；計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上的信息主要應(yīng)用了激光的平行度好，B錯(cuò)誤；醫(yī)學(xué)上用激光做“光刀”利用了激光的亮度高的特點(diǎn)，C正確；激光測距利用的是激光的平行度好的特點(diǎn)，D錯(cuò)誤。
例4　激光火箭的體積小，卻可以裝載更大、更重的衛(wèi)星或飛船，激光由地面激光站或空間激光動(dòng)力衛(wèi)星提供，通過一套裝置，像手電筒一樣，讓激光束射入火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，使推進(jìn)劑受熱而急劇膨脹，于是形成一股高溫高壓的燃?xì)饬鳎詷O高的速度噴出，產(chǎn)生巨大的推力，把衛(wèi)星或飛船送入太空。激光火箭利用了激光的(　　)
A．單色性好 B．高能量
C．可調(diào)諧 D．相干性好
答案　B
解析　利用激光的高能量特點(diǎn)，使推進(jìn)劑急劇膨脹，故B正確。

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