魯科版選修34 光的偏振 第1課時(shí) 學(xué)案.docx

光 的 偏 振1.觀察振動(dòng)中的偏振現(xiàn)象,知道只有橫波才有偏振現(xiàn)象。2.知道偏振光和自然光的區(qū)別,能運(yùn)用偏振知識(shí)來(lái)解釋生活中一些常見(jiàn)的光學(xué)現(xiàn)象。重點(diǎn)難點(diǎn):偏振光的概念、偏振光與自然光的區(qū)別,以及偏振光的應(yīng)用。教學(xué)建議:本節(jié)主要闡述了光波作為橫波具有的偏振現(xiàn)象,以及光的偏振在生產(chǎn)、生活等各個(gè)方面的應(yīng)用。教學(xué)中可以先從繩波發(fā)生偏振入手,通過(guò)類比來(lái)理解光的偏振。做好演示實(shí)驗(yàn)是使學(xué)生學(xué)好偏振現(xiàn)象的關(guān)鍵。本節(jié)知識(shí)有利于開(kāi)闊學(xué)生的視野,加深學(xué)生對(duì)光的波動(dòng)性,特別是對(duì)光是橫波的理解。導(dǎo)入新課:立體電影出現(xiàn)于1922年。它能產(chǎn)生三維立體效果,當(dāng)觀眾戴上立體眼鏡觀看時(shí),有身臨其境的感覺(jué),亦稱“3d立體電影”。 你看過(guò)立體電影嗎?看立體電影為什么要戴上特制的眼鏡?你能解釋其中的奧秘嗎?1.光的偏振現(xiàn)象如圖所示,白熾燈泡發(fā)出的光,經(jīng)過(guò)兩個(gè)偏振片后投射到光屏上,光源、偏振片和光屏的中心在同一條直線上,以這條直線為軸,轉(zhuǎn)動(dòng)任何一個(gè)偏振片,光屏上光的強(qiáng)度都會(huì)發(fā)生周期性的變化。(1)白熾燈泡發(fā)出的光,經(jīng)過(guò)偏振片p后變成了偏振光,偏振片p叫起偏器,偏振片q叫檢偏器。(2)光具有波動(dòng)性,而且能發(fā)生偏振現(xiàn)象,這說(shuō)明光是一種橫波(填“橫波”或“縱波”)。2.自然光與偏振光(1)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,而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同,這種光叫自然光。(2)偏振光:在垂直于光傳播方向的平面上,只沿著某個(gè)特定方向振動(dòng)的光。(3)通常我們見(jiàn)到的絕大部分光都是不同程度的偏振光,自然光照射在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面時(shí),反射光和折射光都是偏振光。3.光偏振現(xiàn)象的應(yīng)用(1)攝影和攝像:在拍攝水中的景物時(shí),讓鏡頭濾光片的透振方向與反射光的偏振方向垂直,就可以減弱反射光,使被拍攝的對(duì)象的影像更清晰。(2)液晶顯示:液晶具有旋光性,在外電壓作用下,這個(gè)性質(zhì)會(huì)消失。在液晶顯示中,液晶盒上下兩偏振片的透振方向相互垂直。1.太陽(yáng)光是自然光還是偏振光?解答:是自然光。2.光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波還是縱波?解答:是橫波。3.什么是液晶的旋光性?解答:液晶會(huì)使光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90。主題1:觀察光的偏振現(xiàn)象情景:圖示是教材的“演示”中用白熾燈泡做光源檢驗(yàn)光波是不是橫波的演示示意圖。問(wèn)題:(1)如圖甲所示,如果在光源與光屏之間放上一個(gè)偏振片p,光屏上的明暗程度會(huì)不會(huì)發(fā)生變化?為什么?(2)如圖甲所示,轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片p,光屏上的明暗程度會(huì)不會(huì)發(fā)生變化?為什么?(3)如圖乙、丙所示,固定偏振片p,轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片q,光屏上光的亮度為什么會(huì)發(fā)生周期性變化?(4)如圖乙、丙所示,固定偏振片q,轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片p,光屏上光的亮度還會(huì)發(fā)生周期性變化嗎?解答:(1)會(huì)發(fā)生變化。白熾燈泡發(fā)出的光是自然光,由于偏振片p的存在,到達(dá)光屏的光只剩下沿某個(gè)方向振動(dòng)的偏振光。(2)在圖甲中,白熾燈泡發(fā)出的光是自然光,由于自然光沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同,因此在圖甲中轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片p時(shí),只改變偏振光的振動(dòng)方向,不改變偏振光的能量,光屏上光的明暗程度不會(huì)發(fā)生變化。(3)在圖乙和圖丙中,偏振片p為起偏器,偏振片q稱為檢偏器。白熾燈發(fā)出的自然光經(jīng)偏振片p后只剩下沿其透振方向振動(dòng)的光,如果偏振片q透振方向與偏振片p透振方向相同,則有光到達(dá)光屏上,光屏被照亮;如果偏振片q與偏振片p透振方向相互垂直,則不會(huì)有光到達(dá)光屏上,光屏變暗。因此,固定偏振片p,轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片q時(shí),光屏上光的亮度會(huì)發(fā)生周期性變化。(4)會(huì)發(fā)生周期性的變化。知識(shí)鏈接:要判斷偏振光的強(qiáng)弱,關(guān)鍵是判斷偏振光的振動(dòng)方向與偏振片的透振方向的關(guān)系。若它們平行,則光強(qiáng)最強(qiáng);若它們垂直,則光強(qiáng)最弱。主題2:偏振光問(wèn)題:(1)跟同學(xué)討論一下,有哪些方式可以獲得偏振光?(2)透過(guò)一個(gè)偏振片去觀察黑板時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片,會(huì)發(fā)現(xiàn)黑板上粉筆字的亮度會(huì)發(fā)生變化,為什么?解答:(1)自然光通過(guò)偏振片可獲得偏振光;自然光射到兩種介質(zhì)的界面上,反射光和折射光都是偏振光;不發(fā)光物體反射的光一般都是偏振光。(2)黑板和黑板上的粉筆字的反射光都是不同程度的偏振光,所以當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí),透過(guò)偏振片所看到的黑板和黑板上的粉筆字的亮度會(huì)發(fā)生周期性的變化。知識(shí)鏈接:平時(shí)我們看到的光,除直接從光源射出的自然光以外,其他大部分的光都是偏振光。1.(考查自然光)下列說(shuō)法正確的是( )。a.自然光就是白光b.自然光一定是復(fù)色光c.單色光不是自然光d.自然光可以是單色光,也可以是復(fù)色光【解析】自然光是指含有在垂直傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光,且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度相同,可以是單一頻率的光,也可以是不同頻率的光,故d選項(xiàng)正確?！敬鸢浮縟【點(diǎn)評(píng)】自然光與偏振光的不同在于振動(dòng)是不是沿特定方向。2.(考查偏振光的概念)對(duì)于光的偏振,下列說(shuō)法正確的是()。a.振動(dòng)方向只在某一個(gè)平面內(nèi)的光是偏振光b.從電燈等光源直接發(fā)出的光本身就是偏振光c.轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片去看電燈光,看到透射光亮度無(wú)變化,說(shuō)明透射光不是偏振光d.光的偏振現(xiàn)象使人們認(rèn)識(shí)到光是一種橫波【解析】光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是一種橫波,選項(xiàng)d正確。偏振光是在與傳播方向垂直的方向上只沿某個(gè)特定方向振動(dòng)的光;在同一個(gè)與傳播方向垂直的平面內(nèi),光可以有很多振動(dòng)方向,因此選項(xiàng)a錯(cuò)誤。電燈、太陽(yáng)等光源發(fā)出的光都是自然光,選項(xiàng)b錯(cuò)誤。只通過(guò)一個(gè)偏振片去觀察電燈發(fā)出的光,此偏振片只相當(dāng)于起偏器,轉(zhuǎn)動(dòng)此起偏器時(shí),觀察到的電燈光不會(huì)發(fā)生變化,也從另一個(gè)方面證明了電燈發(fā)出的光是自然光,同時(shí)所觀察到的是偏振光,選項(xiàng)c錯(cuò)誤?！敬鸢浮縟【點(diǎn)評(píng)】只有橫波才有偏振現(xiàn)象。 3.(考查偏振光的檢驗(yàn))如圖所示,電燈s發(fā)出的光先后經(jīng)過(guò)偏振片a和b,人眼在圖中p處迎著光入射的方向觀察,看不到光亮,則()。a.圖中a是偏振光b.圖中b是偏振光c.將b轉(zhuǎn)過(guò)180,將在p處看到光亮d.將a轉(zhuǎn)過(guò)90,將在p處看到光亮【解析】電燈s發(fā)出的光是自然光,自然光沿各個(gè)方向的振動(dòng)是均勻分布的,通過(guò)一個(gè)偏振片后透射光中只有沿偏振片透振方向振動(dòng)的光,所以選項(xiàng)a錯(cuò)誤,選項(xiàng)b正確。偏振片b只透過(guò)振動(dòng)方向與其透振方向一致的偏振光,人眼在p處看不到光亮,說(shuō)明其透振方向與偏振片a的透振方向垂直。將b轉(zhuǎn)過(guò)180后,其透振方向仍與偏振片a的透振方向垂直,人眼在p處依然看不到光亮,所以選項(xiàng)c錯(cuò)誤。將b轉(zhuǎn)過(guò)90后,其透振方向與偏振片a的透振方向相同,人眼在p處能看到光亮,所以選項(xiàng)d正確?！敬鸢浮縝d【點(diǎn)評(píng)】只有偏振方向與偏振片透振方向垂直的光,才不能通過(guò)偏振片。4.(考查對(duì)偏振現(xiàn)象的理解)如圖所示,p是一偏振片,p的透振方向(用帶有箭頭的實(shí)線表示)為豎直方向。下列四種入射光束中,照射p時(shí)能在p的另一側(cè)觀察到透射光的是()。a.太陽(yáng)光b.沿豎直方向振動(dòng)的光c.沿水平方向振動(dòng)的光d.沿與豎直方向成45角振動(dòng)的光【解析】太陽(yáng)光是自然光,沿各個(gè)方向振動(dòng)的光都有,所以在偏振片另一側(cè)可看到透射光;沿豎直方向振動(dòng)的光,與p的透振方向相同,能透過(guò)偏振光;沿與豎直方向成45角振動(dòng)的光,有部分能透過(guò)偏振片p,故a、b、d正確。【答案】abd【點(diǎn)評(píng)】偏振片的透振方向與光的振動(dòng)方向即不平行又不垂直時(shí)有部分光透過(guò)。拓展一:偏振光的應(yīng)用1.用白熾燈泡做光源做光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn),如果在雙縫后面各放置一個(gè)偏振片,且這兩個(gè)偏振片的透振方向相互垂直,則下列說(shuō)法正確的是()。a.光屏上仍有干涉條紋,但條紋的亮度減弱b.光屏上仍有干涉條紋,但條紋的亮度增強(qiáng)c.光屏上的干涉條紋消失,但仍有光射到光屏上d.光屏上的干涉條紋消失,且光屏上一片黑暗【分析】本題在偏振光知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步理解光的干涉。干涉的條件不僅需要兩列光頻率相同,而且振動(dòng)方向也要相同?！窘馕觥坑捎趦蓚€(gè)偏振片的透振方向相互垂直,所以到達(dá)光屏?xí)r偏振光的偏振方向相互垂直。雖然它們的頻率相同、相位差恒定,滿足了干涉的一個(gè)必要條件,但是它們的偏振方向不同,不在一條直線上,沒(méi)有滿足干涉的另一個(gè)必要條件,所以不能相互疊加形成穩(wěn)定的干涉,因此,選項(xiàng)a、b錯(cuò)誤。雖然透過(guò)兩偏振片的光不能在屏上形成干涉條紋,但畢竟到達(dá)了光屏,因此選項(xiàng)c正確,選項(xiàng)d錯(cuò)誤?！敬鸢浮縞【點(diǎn)撥】光產(chǎn)生干涉的條件:a.頻率相同;b.相遇點(diǎn)波的振動(dòng)方向在一條直線上。只滿足一個(gè)是不能形成干涉的。如果在一個(gè)縫后放偏振片,一個(gè)縫后不放偏振片,在光屏上可以觀察到雙縫干涉圖樣,但亮度比不放偏振片時(shí)要暗一些。如果雙縫后所放偏振片的透振方向平行,在光屏上可以觀察到雙縫干涉圖樣。同樣,干涉條紋的亮度比不放偏振片時(shí)要暗一些。拓展二:涉及偏振現(xiàn)象的計(jì)算2.一束太陽(yáng)光由真空入射到平面玻璃上,當(dāng)折射角是30時(shí),反射光線和折射光線恰好相互垂直,反射光恰好為完全偏振光。由此可以推斷出,這種玻璃的折射率是多少?【分析】本題實(shí)質(zhì)上是光的反射和折射問(wèn)題,作光路圖時(shí)要畫(huà)出法線標(biāo)明入射角、反射角和折射角。【解析】如圖所示,設(shè)入射角為1,折射角為2,反射角為1由光的反射定律知1=1要使反射光為完全偏振光,則1+2=90根據(jù)光的折射率得n=則有sin 1=sin 1=sin(90-2)=cos 2,n=cot 2,解得:n=。【答案】 【點(diǎn)撥】通過(guò)對(duì)本題的分析求解,可以得出一個(gè)結(jié)論:光從真空射入某種介質(zhì)時(shí),一旦有反射線與折射線垂直出現(xiàn),則該介質(zhì)的折射率就等于折射角正切值的倒數(shù)。一、物理百科偏 振 眼 鏡偏振眼鏡由偏振膜與眼鏡片膠合成的偏振眼鏡片裝上眼鏡架而成。偏振膜是偏振眼鏡的核心部件,偏振眼鏡的功能,主要取決于偏振膜。眩光(光亮耀眼的光)往往是由各種光滑表面反射而來(lái)的鏡式反射光和由粗糙表面反射來(lái)的漫反射光重疊而成的,其中漫反射光是極不規(guī)則的,它們極其復(fù)雜地自行交錯(cuò)疊加,因此本質(zhì)上是一種非偏振光,然而鏡式反射光是經(jīng)平面反射而成的,它至少已經(jīng)是部分偏振化了。大部分天然眩光都是從水平的平面(如水泥路面、水面、沙漠、桌面、玻璃臺(tái)板、紙面等)或垂直平面(如黑板、窗戶、玻璃、熒光屏等)反射而來(lái)的,它含有大量的水平方向或垂直方向振動(dòng)的直線偏振光,如果讓它進(jìn)入眼睛,視網(wǎng)膜上的神經(jīng)在它的電場(chǎng)作用下,就比較容易產(chǎn)生疲勞的感覺(jué),而且視物不清,這對(duì)人眼是有害的。所以要清除眩光,只要將反射光中的直線偏振光去掉就行了。各種用途的偏振眼鏡就是根據(jù)這個(gè)原理而設(shè)計(jì)的。將偏振膜光軸置于豎直方向,就能攔掉水平偏振光而制成“太陽(yáng)鏡”“釣魚(yú)鏡”“司機(jī)鏡”等偏振眼鏡。偏振眼鏡與普通太陽(yáng)鏡不同,后者是將各種振動(dòng)方向的光都普遍地加以吸收、削弱,只能使總的光量變?nèi)跻恍?因此在消除水平振動(dòng)的眩光的同時(shí),就不可避免地削弱了其他方向振動(dòng)的光,從而使視場(chǎng)變得太暗,而光線太暗,也會(huì)促使視覺(jué)疲勞,對(duì)人眼引起不良影響。而偏振眼鏡對(duì)其他方向振動(dòng)的光吸收很少,所以可以兩者兼顧,比較有效地保護(hù)眼睛。綜合應(yīng)用試題1.關(guān)于自然光與偏振光,下列說(shuō)法正確的是()。a.自然光能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象,而偏振光不能b.只有將自然光透過(guò)偏振片才能獲得偏振光c.自然光只能是白光,而偏振光不能是白光d.自然光和偏振光都能使感光底片感光【解析】振動(dòng)沿各個(gè)方向均勻分布的光是自然光,而振動(dòng)只沿某特定方向的光是偏振光。干涉和衍射是波的特性,所以自然光和偏振光都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)a錯(cuò)誤。光的偏振現(xiàn)象并不罕見(jiàn),除了從光源直接發(fā)出的光外,我們通常見(jiàn)到的光絕大部分都是偏振光,反射光和折射光通常也是偏振光,選項(xiàng)b錯(cuò)誤。光的顏色是由光的頻率決定的,與光的振動(dòng)方向無(wú)關(guān),白光是復(fù)色光。只要光在與傳播方向垂直的平面內(nèi)沿各個(gè)方向振動(dòng),且各方向振動(dòng)的強(qiáng)度相同,它就是自然光,因此單色光也可以是自然光,選項(xiàng)c錯(cuò)誤。自然光和偏振光都具有能量,都能使感光底片感光,所以選項(xiàng)d正確。【答案】d2.可以用“旋光法”來(lái)測(cè)量糖溶液的濃度,從而鑒定糖量。偏振光通過(guò)糖水溶液后,偏振方向會(huì)相對(duì)于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,這一角度稱為“旋光度”,的值只與糖溶液的濃度有關(guān),將的測(cè)量值與標(biāo)度值相比較,就能確定被測(cè)樣品的含糖量了,如圖所示,s是自然光源,a、b是偏振片,轉(zhuǎn)動(dòng)b,使到達(dá)o處的光最強(qiáng),最后將被測(cè)樣品p置于a、b之間,則下列說(shuō)法中正確的是( )。a.到達(dá)o處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱b.到達(dá)o處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱c.將偏振片b轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,使得o處光強(qiáng)度最大,偏振片b轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于d.將偏振片a轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,使得o處光強(qiáng)度最大,偏振片a轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于【解析】 a、b之間不放糖溶液時(shí),自然光通過(guò)偏振片a后,變成偏振光,通過(guò)b后到o。當(dāng)在a、b間放糖溶液時(shí),由于溶液的旋光作用,使通過(guò)a的偏振光振動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一定角度,到達(dá)o處的光強(qiáng)會(huì)明顯減弱;但當(dāng)b轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度,恰好使透振方向與經(jīng)過(guò)糖溶液后的偏振光振動(dòng)方向一致時(shí),o處光強(qiáng)又為最強(qiáng),故b的旋轉(zhuǎn)角度即為糖溶液的旋光度;同理轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片a也可以?！敬鸢浮縜cd3.如圖所示,一玻璃柱體的橫截面為半圓形,讓太陽(yáng)光或白熾燈光通過(guò)狹縫s形成細(xì)光束從空氣射向柱體的o點(diǎn)(半圓的圓心),產(chǎn)生反射光束1和透射光束2。現(xiàn)保持入射光不變,將半圓柱繞通過(guò)o點(diǎn)垂直于紙面的軸線轉(zhuǎn)動(dòng),使反射光束1和透射光束2恰好垂直。在入射光線的方向上加偏振片p,偏振片與入射光線垂直,其透振方向在紙面內(nèi),這時(shí)看到的現(xiàn)象是( )。a.反射光束1消失b.透射光束2消失c.反射光束1和透射光束2都消失d.偏振片p以入射光線為軸旋轉(zhuǎn)90角,透射光束2消失【解析】自然光射到界面上,當(dāng)反射光與折射光垂直時(shí),反射光和折射光的偏振方向相互垂直,且反射光的偏振方向與紙面垂直,折射光的透振方向與紙面平行,因此當(dāng)在入射光線方向垂直放上透振方向在紙面內(nèi)的偏振片p時(shí),因垂直于紙面無(wú)光,反射光束1消失,a正