2022-2023學(xué)年高二物理同步講義（人教）4.6 光的偏振 激光（學(xué)生版）

第06講光的偏振激光目標(biāo)導(dǎo)航目標(biāo)導(dǎo)航課程標(biāo)準(zhǔn)課標(biāo)解讀1．觀察振動中的偏振現(xiàn)象，知道只有橫波才有偏振現(xiàn)象．2．了解激光的特性和應(yīng)用，用激光觀察全息照片．1．通過實驗，認識振動中的偏振現(xiàn)象，知道只有橫波有偏振現(xiàn)象．2．知道偏振光和自然光的區(qū)別，能運用偏振知識來解釋生活中一些常見的光學(xué)現(xiàn)象．3．了解激光的特點及其應(yīng)用．4．知道日常見到的光多數(shù)是偏振光，了解偏振光在生產(chǎn)生活中的一些應(yīng)用．知識精講知識精講知識點01光的偏振1．偏振現(xiàn)象(1)自然光：由太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，它包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同，這樣的光叫作自然光．(2)偏振光：自然光垂直透過某一偏振片后，其振動方向沿著偏振片的透振方向，即在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某一特定方向振動，這樣的光稱為偏振光．自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面的反射光和折射光都是偏振光，入射角變化時偏振的程度也有所變化．(3)只有橫波才有偏振現(xiàn)象．2．偏振現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用(1)攝影中應(yīng)用偏振光：為了消除反射光的影響，在鏡頭前安裝一片偏振片，讓它的透射方向與反射光的偏振方向垂直，阻擋了反射光進入鏡頭．(2)電子表的液晶顯示屏：在兩塊透振方向互相垂直的偏振片當(dāng)中插進一個液晶盒，液晶具有各向異性的屬性，特別是對偏振光經(jīng)過液晶時，其振動方向會旋轉(zhuǎn)90°，利用這種特性控制光通過或不通過，從而顯示數(shù)字的形狀．【即學(xué)即練1】縱波不可能產(chǎn)生的現(xiàn)象是()A．偏振現(xiàn)象 B．反射現(xiàn)象C．折射現(xiàn)象 D．衍射現(xiàn)象【即學(xué)即練2】在拍攝日落水面下的景物時，應(yīng)在照相機鏡頭前裝一個偏振片，其目的是()A．減弱反射光，從而使景物的像清晰B．增強反射光，從而使景物的像清晰C．增強透射光，從而使景物的像清晰D．減弱透射光，從而使景物的像清晰知識點02自然光和偏振光的比較1．振動方向比較：自然光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，沿所有方向振動；偏振光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，沿某一特定的方向振動。2．經(jīng)過偏振片時現(xiàn)象比較：如圖甲，自然光通過偏振片后變成偏振光，后面的屏是明亮的，轉(zhuǎn)動偏振片時，偏振光的振動方向隨之變化，但屏上亮度不變。如圖乙、丙，偏振光經(jīng)過偏振片時，若光的振動方向與偏振片的透振方向平行，屏是亮的；若光的振動方向與偏振片的透振方向垂直，屏是暗的；若既不平行也不垂直，屏的亮度介于兩者之間，隨著振動方向與透振方向的夾角變大，亮度逐漸變暗。3．自然光、偏振光產(chǎn)生方式的比較：太陽、電燈等直接發(fā)出的光是自然光；自然光經(jīng)偏振片后都是偏振光，自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。【即學(xué)即練3】關(guān)于自然光和偏振光，下列觀點正確的是()A．自然光能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，而偏振光卻不能B．只有自然光透過偏振片才能獲得偏振光C．自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光D．自然光和偏振光都能使感光底片感光知識點03激光1．激光的產(chǎn)生：激光是原子受激發(fā)輻射產(chǎn)生的光，發(fā)光的方向、頻率、偏振方向均相同，兩列相同激光相遇可以發(fā)生干涉．2．激光的特點：(1)激光是人工產(chǎn)生的相干光，其單色性好，相干性好．激光的頻率單一，相干性非常好，顏色特別純．用激光做衍射、干涉實驗，效果很好．(2)激光的平行度好．從激光器發(fā)出的激光具有極好的平行性，幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的平行光．傳播幾千米后，激光斑擴展范圍不過幾厘米，而探照燈的光束能擴展到幾十米范圍．(3)亮度高．激光可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量．3．激光的應(yīng)用：光纖通信；激光測距；激光讀寫；激光加工；激光手術(shù)(亦稱光刀手術(shù))；激光武器；可控聚變反應(yīng)中的應(yīng)用．【即學(xué)即練4】(多選)準(zhǔn)分子激光器利用氬氣和氟氣的混合物產(chǎn)生激光刀，可用于進行近視眼的治療．用這樣的激光刀對近視眼進行手術(shù)，手術(shù)時間短、效果好、無痛苦．關(guān)于這個治療，以下說法中正確的是()A．近視眼是物體成像在眼球中的視網(wǎng)膜的前面，使人不能看清物體B．激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面積上對眼睛進行手術(shù)C．激光治療近視眼手術(shù)是對視網(wǎng)膜進行修復(fù)D．激光治療近視眼手術(shù)是對角膜進行切削能力拓展能力拓展考法01自然光和偏振光【典例1】(多選)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的光，但是沿各個方向振動的光波的強度可以不相同B．偏振光是在垂直于傳播方向上，只沿著某一特定方向振動的光C．自然光透過一個偏振片后就成為偏振光，偏振光經(jīng)過一個偏振片后又還原為自然光D．太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光考法02偏振光的獲取【典例2】(多選)如圖所示，a是一偏振片，a的透振方向為豎直方向．下列四種入射光束哪幾種照射a時能在a的另一側(cè)觀察到透射光()A．太陽光B．沿豎直方向振動的光C．沿水平方向振動的光D．沿與豎直方向成45°角振動的光【歸納總結(jié)】獲取偏振光的方法(1)讓自然光通過一塊偏振片．(2)讓自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，使反射光與折射光垂直時，反射光就是偏振光．(3)讓自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，當(dāng)反射光與折射光垂直時，折射光經(jīng)過多次折射以后就是偏振光．考法03偏振光的理解【典例3】(多選)在垂直于太陽光的傳播方向前后放置兩個偏振片P和Q.在Q的后邊放上光屏，以下說法正確的是()A．Q不動，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度不變B．Q不動，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度時強時弱C．P不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度不變D．P不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度時強時弱題組A基礎(chǔ)過關(guān)練1．下列說法正確的是()A．兩支鉛筆靠在一起，自然光從筆縫中通過后就成了偏振光B．偏振光可以是橫波，也可以是縱波C．因為激光的方向性好，所以激光不能發(fā)生衍射現(xiàn)象D．激光可以像刀子一樣切除腫瘤2．(多選)關(guān)于應(yīng)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(yōu)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3．關(guān)于激光的應(yīng)用問題，下列說法中正確的是()A．光纖通信是應(yīng)用激光平行度非常好的特點對信號進行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中進行傳遞信息B．計算機內(nèi)“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用了激光有相干性的特點來進行的C．醫(yī)學(xué)中用激光作“光刀”來切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點D．“激光測距雷達”利用激光測量很遠目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點4．在拍攝日落時分水面下的景物時，在照相機鏡頭前裝一個偏振片，其目的是()A．減弱反射光，從而使景物的像清晰B．增強反射光，從而使景物的像清晰C．增強透射光，從而使景物的像清晰D．減弱透射光，從而使景物的像清晰5．(2020-2021學(xué)年北京市101中學(xué)高二(下)期末)下列說法中正確的是()A．用光導(dǎo)纖維束傳送圖像信息，這其中應(yīng)用到了光的全反射現(xiàn)象B．通過兩支夾緊的筆桿間縫隙看發(fā)白光的燈絲能觀察到彩色條紋，這是光的偏振現(xiàn)象C．白光經(jīng)過三棱鏡得到彩色圖樣是光的干涉現(xiàn)象D．用標(biāo)準(zhǔn)平面檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的衍射現(xiàn)象6．在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，光盤是存儲信息的一種重要媒介．光盤上的信息通常是通過激光束來讀取的．若激光束不是垂直投射到盤面上，則光線在通過透明介質(zhì)層時會發(fā)生偏折而改變行進的方向，如圖所示．下列說法中正確的是()A．圖中光束①是紅光，光束②是藍光B．在光盤的透明介質(zhì)層中，光束①比光束②傳播速度更快C．若光束①②先后通過同一單縫衍射裝置，光束①的中央亮紋比光束②的窄D．若光束①②先后通過同一雙縫干涉裝置，光束①的條紋寬度比光束②的寬7．如圖所示，P是一偏振片，P的透振方向(用帶有箭頭的實線表示)為豎直方向。一光束射向P，該光束的振動方向與P的透振方向成45°角(用帶有箭頭的虛線表示)。順時針旋轉(zhuǎn)P半周，從另一側(cè)觀察到光束的亮度變化情況是()A．先變亮，再變暗B．先變亮，然后變暗，再變亮C．先變暗，再變亮D．先變暗，然后變亮，再變暗8．(多選)當(dāng)以入射光線為軸轉(zhuǎn)動偏振片時，觀察電燈、燭焰、月球、反光的黑板，看到的現(xiàn)象有何不同()A．觀察電燈和燭焰時，透射光的強弱隨偏振片的旋轉(zhuǎn)而變化B．觀察電燈和燭焰時，透射光的強弱不隨偏振片的旋轉(zhuǎn)而變化C．觀察月球和反光的黑板時，透射光的強弱不隨偏振片的旋轉(zhuǎn)而變化D．觀察月球和反光的黑板時，透射光的強弱隨偏振片的旋轉(zhuǎn)而變化9．應(yīng)用激光平行性好的特點，可以精確地測量距離。對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射一個極短的激光脈沖，測量發(fā)射脈沖與收到的反射脈沖的時間間隔，就可求出激光器到目標(biāo)的距離。若在地球上向月球發(fā)射一個激光脈沖，測得從發(fā)射到收到反射脈沖所用的時間為2.56s，則月球到地球的距離大約是多少千米？10．一束光由真空入射到平面玻璃上，當(dāng)其折射角為30°時，反射光恰好發(fā)生完全偏振(反射光線與折射光線垂直)，由此可以計算出玻璃的折射率是多少？此時的入射角稱為起偏角，也叫布儒斯特角，試求折射率為n的介質(zhì)的布儒斯特角的通用表達式。

題組B能力提升練1．兩個偏振片緊靠在一起，將它們放在一盞燈的前面以至沒有光通過．如果將其中的一片旋轉(zhuǎn)180°，在旋轉(zhuǎn)過程中，將會產(chǎn)生下述的哪一種現(xiàn)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2．(2020-2021學(xué)年天津市第一中學(xué)高二(下)期末)以下關(guān)于如圖光學(xué)知識的敘述中，不正確的是()A．甲圖是著名的泊松亮斑圖案，這是光波的衍射現(xiàn)象B．乙圖中的彩虹是不同色光在水滴中折射率不同造成的C．丙圖的照相機鏡頭上涂有一層增透膜，增透膜利用了光的偏振原理D．丁圖是醫(yī)學(xué)上的內(nèi)窺鏡，其核心部件光導(dǎo)纖維能傳輸光信號，是利用光的全反射3．(多選)如圖所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向，看不到光亮，則()A．圖中a光為偏振光B．圖中b光為偏振光C．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180°后，在P處將看到光亮D．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90°后，在P處將看到光亮4．如圖所示，讓太陽光通過M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上，P的右側(cè)再放一光屏Q，現(xiàn)使P繞著平行于光傳播方向的軸勻速轉(zhuǎn)動一周，則關(guān)于光屏Q上的亮度變化情況，下列說法中正確的是()A．只有當(dāng)偏振片轉(zhuǎn)到某一適當(dāng)位置時光屏被照亮，其他位置時光屏上無亮光B．光屏上亮、暗交替變化C．光屏上亮度不變D．光屏上只有一條亮線隨偏振片轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動5．夜晚，汽車前燈發(fā)出的強光將迎面駛來的汽車司機照得睜不開眼，嚴(yán)重影響行車安全(如圖)。若考慮將汽車前燈玻璃改用偏振玻璃，使射出的燈光變?yōu)槠窆猓煌瑫r汽車前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好與燈光的振動方向垂直，但還要能看清自己車燈發(fā)出的光所照亮的物體。假設(shè)所有的汽車前窗玻璃和前燈玻璃均按同一要求設(shè)置，如下措施中可行的是()A．前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向是水平的B．前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向是豎直的C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，車燈玻璃的透振方向是斜向左上45°D．前窗玻璃和車燈玻璃的透振方向都是斜向右上45°6．如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次放置偏振片P和Q，A點位于P、Q之間，B點位于Q右側(cè)，旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點光的強度變化情況是()A．A、B均不變 B．A、B均有變化C．A不變，B有變化 D．A有變化，B不變7．(多選)電子表的顯示屏利用了液晶的旋光性，當(dāng)液晶上不加電壓時，偏振光通過液晶時偏振方向會被旋轉(zhuǎn)90°，這就是液晶的旋光性；如果在液晶上加上電壓，則旋光性消失。有一種電子表的顯示屏是透明的，而在顯示數(shù)字的筆畫處不透光，則關(guān)于該顯示屏，下列說法正確的是()A．上下兩個偏振片的透振方向互相垂直B．上下兩個偏振片的透振方向互相平行C．筆畫處為透明電極，因此加上電壓時變?yōu)椴煌该鞯腄．筆畫處沒有電極，其余部分為透明電極8．(多選)鑒別奶粉的質(zhì)量，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量．偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將α的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測樣品的含糖量了．如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達O處的光最強，然后將被測樣品P置于A、B之間，則下列說法中正確的是()A．到達O處光的強度會明顯減弱B．到達O處光的強度不會明顯減弱C．將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光的強度仍為最大，偏振處B轉(zhuǎn)過的角度等于αD．將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光的強度仍為最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α9．如圖所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向，看不到光亮，則圖中a光為________光．圖中b光為________光．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180°后，在P處________(選填“能”或“不能”)看到光亮，以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90°后，在P處________(選填“能”或“不能”)看到光亮．10．激光液面控制儀的原理是：固定的一束激光AO以入射角θ照射到液面上，反射光OB射到水平的光屏上，屏上用光電管將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，如圖所示。如發(fā)現(xiàn)光點向右移動Δs的距離到達B′，則液面是升高了還是降低了？變化了多少？11．實驗證明讓一束太陽光入射到平靜的水面上，如果入射角合適，其反射光線和折射光線是互相垂直的，且偏振方向也是互相垂直的偏振光。已知水的折射率為eq\f(4,3)，求這一入射角為多少？

題組C培優(yōu)拔尖練1．如圖所示是一種利用光纖溫度傳感器測量溫度的裝置，一束偏振光射入光纖，由于溫度的變化，光纖的長度、芯徑、折射率發(fā)生變化，從而使偏振光的振動方向發(fā)生變化，光接收器接收的光強度就會變化。設(shè)起偏振器和檢偏振器透振方向相同，關(guān)于這種溫度計的工作原理，正確的說法是()A．到達檢偏振器的光的振動方向變化越小，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越大B．到達檢偏振器的光的振動方向變化越大，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越大C．到達檢偏振器的光的振動方向變化越小，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越小D．到達檢偏振器的光的振動方向變化越大，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越小2．(多選)如圖所示，一束自然光通過起偏器照射到光屏上，則圖中光屏上發(fā)亮的有(起偏器上用箭頭表示其透射方向)()3．如圖所示是觀看立體電影時放映機鏡頭上的偏振片和觀看者所戴的偏光眼鏡的配置情況，其中正確的是()4．(多選)旋光儀可以用來測量糖溶液的濃度，從而測定含糖量。其原理是：偏振光通過糖的水溶液后，若