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4.6 光的偏振 激光
《選擇性必修第一冊》 第四章 光
學習目標
1.通過觀察光的偏振現象，知道光是橫波。
2.知道偏振光和自然光的區別，能運用偏振知識解釋生活中的一些常見光學現象。
3.了解激光的特性，能舉例說明激光技術在生產生活中的應用。
目錄：
03
04
激光的特點及其應用
偏振現象的應用
01
02
光的偏振
偏振
思考：在觀看立體電影時，觀眾要戴上特制的眼鏡，如果不戴這副眼鏡，
銀幕上的圖像就模糊不清了。這是為什么？
攝影師又是如何拍攝下清晰的畫面的呢？帶著這些疑問讓我們一起開啟今天的學習之旅。
光的干涉和衍射說明光具有波動性，但光波是橫波還是縱波？
什么是橫波？什么是縱波？
橫波
縱波
質點振動方向總是垂直于波的傳播方向.
質點振動方向總是跟波的傳播方向在同一直線上.
有沒有方法區別它們？
一、偏 振
1.在橫波中，振動方向總是垂直于波的傳播方向。
(1)偏振現象:在垂直于傳播方向的平面上,只沿著一個特定的方向振動的波叫波的偏振現象。
(2)偏振方向:橫波的振動方向稱為“偏振方向”。
繩波的振動方向與狹縫的方向平行時，傳播情況正常；
振動方向與狹縫方向垂直時，繩波經過狹縫后消失。這種現象叫做橫波的偏振現象。
（3）如圖是一列橫波，當這列橫波穿過帶有狹縫的木板時，狹縫的方向與波的振動方向相同，橫波是否可以穿過？
橫波的振動方向稱為偏振方向,狹縫的方向稱為透振方向。二者平行時,橫波可完全通過;二者互相垂直時,橫波完全不能通過;既不平行也不垂直時,可部分通過。
2.縱波不發生偏振現象
一列縱波，以這列縱波的傳播方向為軸，無論我們怎么旋轉第二塊木板，縱波都能通過。也就是說縱波不發生偏振現象。
偏振現象是橫波特有的
橫波能夠發生偏振現象而縱波不能發生偏振現象，這就是橫波與縱波的一個區別
思考與討論:
為此我們需要一種光學“狹縫”——偏振片來檢驗光是橫波還是縱波
二、光的偏振
1.偏振片:一種由高分子薄膜制成的光學器件,每個偏振片都有一個特定的方向,只有沿著這個方向振動的光波才能通過偏振片,這個方向叫做“透振方向”。
2.自然光和偏振光:
①自然光:太陽以及日光燈、發光二極管等普通光源發出的光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光,而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同,這種光叫做自然光。
②偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個特定方向振動的光，叫偏振光。
光振動沿各個方向均勻分布的光就是自然光。
光振動沿著特定方向的光就是偏振光。
演示：光的偏振現象
結論：光可以發生偏振，說明光是橫波.
通過偏振片P的偏振光照射到偏振片Q時，如果兩個偏振片的透振方向平行，那么，通過P的偏振光的振動方向與偏振片Q的透振方向一致，可以透過Q（圖乙）；
如果兩個偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振動方向跟偏振片Q的透振方向垂直，不能透過Q（圖丙）。
事實上，只要光的振動方向不與透振方向垂直，它都可Q以不同程度地通過偏振片，不過強度要比振動方向與透O振方向平行的光弱一些
生活中的偏振光
除了太陽、電燈等光源直接發出的光以外，我們見到的絕大部分都是不同程度的偏振光，如自然光在玻璃、水面、木質桌面(非金屬表面)等表面反射時，反射光和折射光大部分都是偏振光。
3.光是一種橫波
自然光射到兩種介質的界面上，如果光入射的方向合適，使反射光與折射光之間的夾角恰好是90°，這時反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。
三、偏振現象的應用
用偏光鏡消除了反射偏振光使玻璃內人物清晰可見
鏡頭未加偏振片時
拍攝的櫥窗
加偏振片時拍攝的櫥窗
（減弱反射光，使景象清晰）
立體3D電影
三、偏振現象的應用
三、偏振現象的應用
另外，在陽光充足的白天駕駛汽車，從路面或周圍建筑物的玻璃上反射過來的耀眼的陽光，常會使眼睛睜不開。由于光是橫波，所以這些強烈的來自上空的散射光基本上是水平方向振動的。因此，只需帶一副只能透射豎直方向偏振光的偏振太陽鏡便可擋住部分散射光。
昆蟲對偏振光的應用
人的眼睛對光的偏振狀態是不能分辨的，但某些昆蟲的眼睛對偏振卻很敏感。
比如蜜蜂有五支眼、三支復眼、兩支復眼，每個復眼包含有6300個小眼，這些小眼能根據太陽的偏光確定的方位，然后以太陽為定向標來判斷方向，所以蜜蜂可準確無誤地把它的同類引到它所找到的花叢。
做一做：
通過偏振片看液晶顯示器
例1　兩個偏振片緊靠在一起，將它們放在一盞燈的前面調整至沒有光通過。如果將其中的一片旋轉180°，在旋轉過程中，將會產生下述的哪一種現象(　　)
A．透過偏振片的光強先增強，然后又減少到零
B．透過偏振片的光強先增強，然后減少到非零的最小值
C．透過偏振片的光強在整個過程中都增強
D．透過偏振片的光強先增強，再減弱，然后又增強
A
小試牛刀
光是從物質的原子中發射出來的。原子獲得能量以后處于不穩定狀態，它會以光的形式把能量發射出去。
普通光源發出的自然光是許多頻率、相位、偏振以及傳播方向各不相同的光的雜亂無章的混合。這導致兩個獨立的普通光源發出的光不會發生干涉。
四、激光的特點及應用
1960年，美國物理學家梅曼率先在實驗室中制造出了傳播方向、偏振、相位等性質完全相同的光波，這就是激光（laser）
①高相干性----頻率相同，相位恒定、偏振方向一致。
②高定向性----平行度好、擴散程度小。
③高單色性----頻率單一（頻率范圍小，f幾乎單一，顏色幾乎完全一致。）　
④高亮度、高功率----能量在很小的空間，很短時間內集中。
激光的應用
1、加工領域：
（1）數控激光切割雕刻機(高亮度、高能量）: 廣告字牌、展板、建筑模型、工藝品、等。
激光的應用
（2）激光焊接機（高亮度、高能量）
激光的應用
（3）激光打標機：采用受計算機控制的激光做加工手段，在機械零部件、電子元器件、儀器、工具等表面制作 文字、圖案等。
激光的應用
2、醫療領域: 激光在醫療領域中也有廣泛的應用
（1）醫療診斷
激光治療包括：輻照、燒灼、汽化、光刀切割以及光針針灸等。
激光的應用
激光洗、紋身
激光洗眉
激光美容儀
（2）激光美容：
激光能量在很短的時間內(不到一億分之一秒)釋放出來，形成能量密度很高的脈沖，會形成局部的沖擊波，將人體的某些組織擊碎，從而實現美容的效果。醫學上稱為"選擇性破壞"
激光的應用
3、軍事領域：
（1）激光武器： 激光武器用于殺傷敵重武器裝備時，需要較高的能量，通常稱為高能激光武器或稱激光炮。目前美國已研制出機載和車載激光炮。激光炮的威力強大，命中率極高。
反導激光武器
激光制導
激光槍
激光的應用
（2）激光測距
激光的應用
（2）激光測距
（3）激光雷達
激光的應用
4、生活領域：
（1）激光條碼器
激光的應用
（2）激光唱片：光盤（ VCD 、DVD ）刻錄和讀取
激光的應用
（3）激光通訊：激光能像無線電波那樣被調制，用來傳遞信息。光纖通信就是激光和光導纖維相結合的產物。
激光的應用
5、科研領域
激光控制核聚變
例2　(多選)關于應用激光的事例中，下列說法正確的是(　 　)
A．激光平行度好，可以用于測距
B．激光能量十分集中，為治療近視眼而研制的“激光刀”就利用了這個特點，優點是有效地減少了細菌的感染
C．激光的亮度高，可以用于城市廣場照明
D．激光的相干性好，可用于雙縫干涉實驗
ABD
小試牛刀
【課堂小結】
祝同學們學習愉快

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