学年高中物理鲁科版选修34 第5章光的干涉衍射偏振第34节光的偏振激光与全息照.docx
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学年高中物理鲁科版选修34第5章光的干涉衍射偏振第34节光的偏振激光与全息照
第3、4节光的偏振__激光与全息照相
1．光的偏振说明光是横波，光的偏振应用很多，如照相机镜头前的偏振滤光片和立体电影等。
2．偏振片是一种特殊的光学元件，只能让某一方向的振动的光通过。
3．激光具有相干性高、平行度好、亮度高的特点，在生活中的各个领域，激光都有广泛的应用。
光的偏振
[自读教材·抓基础]
1．自然光
太阳、电灯等普通光源发出的光，在垂直于传播方向的平面内，光波可沿任何方向振动，光振动在平面内是均匀分布的。
2．偏振光
自然光通过偏振片（起偏器）之后,只有振动方向与“狭缝"方向一致的光波才能通过。
自然光通过偏振片后，就能获得偏振光。
3．起偏器和检偏器
（1）用于获得偏振光的偏振片叫起偏器,用于检查通过起偏器的光是不是偏振光的偏振片叫检偏器.
（2）偏振器的偏振化方向：
偏振光能完全通过的方向.
4．偏振现象的应用
（1）在照相机镜头前装一偏振片，并适当旋转偏振镜片，能够阻挡偏振光，消除或减弱光滑物体表面的反光或亮斑。
（2）利用偏振光通过受力的塑料或玻璃时，偏振化方向会发生变化，这一现象可以检查应力的分布情况以及用于地震预报。
（3）立体电影，液晶显示器,汽车挡风玻璃等。
［跟随名师·解疑难]
1．偏振现象
对横波，只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时,横波才能毫无阻碍地通过狭缝;当狭缝的方向与质点的振动方向垂直时,横波就不能通过狭缝，这种现象叫做横波的偏振，偏振是横波特有的现象。
2．自然光和偏振光的比较
自然光
偏振光
光的
来源
直接从光源发出的光
自然光通过起偏器后的光
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，且沿各个方向振动的光强度都相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向（与起偏器的偏振化方向一致）
[特别提醒]
（1）我们平时所看到的光，除直接从光源射来的光，其他多为偏振光。
（2）自然光经镜面反射后的反射光是偏振光。
（3）只有横波才能发生偏振现象，光是横波。
［学后自检］┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（小试身手）
对于光的偏振,以下认识正确的是（ ）
A．振动方向在平行于传播方向的平面上，只沿特定方向振动的光是偏振光
B．从电灯等光源直接发出的光本身就是偏振光
C．通过偏振片去看电灯发出的光,看到透射光亮度无变化，说明透射光不是偏振光
D．光的偏振现象使人们认识到光是一种横波
解析：
选D 由自然光和偏振光的关系可知A错误;平时我们看到的光,除直接从光源射来的光以外,几乎都是偏振光，所以B错误;透过偏振片后的光一定是偏振光,所以C错误；横波只沿某一特定方向振动，所以D正确。
激光与全息照相
［自读教材·抓基础］
1．激光及其应用
（1）激光是原子受激辐射产生的.
（2）激光的三大特点分别是：
单色性好、方向性强、亮度高.
2．全息照相
（1）激光的应用
激光诞生后的一个很重大的应用是全息照相,它是应用光的干涉来实现的.
（2）作为光源的激光被分为两部分:
一部分通过凹透镜发散后射到照相胶片上，另一部分射向一个平面镜，经反散后通过另一个凹透镜发散后射向被拍照的物体,该物体把光线反射到照相胶片上，并与第一束光发生干涉，两束光干涉的结果就在照相胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息，这就是全息照相。
［跟随名师·解疑难］
1．激光的特点及其应用
特点（与普通光相比）
特点内容
应 用
相干性好
频率单一，相差恒定，易发生干涉现象，可像无线电波一样调制
光纤通信
光的干涉
激光全息照相
平行度好
激光的方向性非常好，是一束几乎不发散的平行光，可以会聚到很小的点上
测距和跟踪目标、DVD、CD唱片、计算机光盘
亮度高
激光能在很小的空间、很短的时间内集中很大的能量
“光刀”激发核反应
1．全息照相与普通照相的区别
全息照相
普通照相
原理不同
物理光学原理
几何光学原理
记录方法不同
记录的是物光与参考光相干涉的干涉条纹,同时记录了物光的振幅和相位
透镜成像在胶片上,只记录下物光的光强信息
成像性质不同
立体像
平面像
再现方法不同
用衍射方法再现
直接成像在感光面上，冲洗后即能看到像
［学后自检］┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（小试身手）
全息照相利用了下列哪些原理（ ）
A．小孔成像 B．光的折射
C．光的衍射D．激光是一种相干光
解析：
选D 激光是一种人工产生的相干光，它的频率相同,偏振方向一致.全息照相就是利用参考光与物光的干涉，形成复杂的干涉条纹.因此只有D正确.
对光的偏振现象的考查
[典题例析]
1．如图5 3。
1所示，电灯S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（ ）
图5。
3.1
①图中a光为偏振光
②图中b光为偏振光
③以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮
④以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮
A．①③ B．①④
C．②③D．②④
[思路点拨］ 偏振片A为起偏器，B为检偏器，当A、B透振方向平行时透过B的亮度最大，垂直时没有光透过。
解析：
自然光沿各个方向发散是均匀分布的。
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，选项①错误;它通过A偏振片后，即变为偏振光,选项②正确;设通过A的光沿竖直方向振动，B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光,则P点无光亮,将B转过180°后,P处仍无光亮，选项③错误;若将B转过90°，则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮,选项④正确，故应选D。
答案：
D
［探规寻律］
（1）偏振片是由特殊材料制成的，其“狭缝”用肉眼不能看见，它只允许振动方向与“狭缝"平行的光波通过.通过偏振片后,自然光就变成了偏振光。
（2）自然光射到两种介质的交界面上，如果入射的方向合适,使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光就都是偏振光，且偏振方向相互垂直。
［跟踪演练]
如图5.3 2所示，P是偏振片，P的偏振化方向（用不带箭头的实线表示）为竖直方向。
下列四种入射光束中，哪种照射P时不能在P的另一侧观察到透射光（ ）
图5。
3。
2
A．太阳光
B．沿竖直方向振动的光
C．沿水平方向振动的光
D．沿与竖直方向成45°角振动的光
解析：
选C 根据光的偏振知识，只要光的振动方向不与偏振片的偏振化方向垂直,就有光能通过偏振片。
当光的振动方向与偏振片的偏振化方向相同时,透射光最强，当二者垂直时，光完全不能透过.当二者间的夹角由0°至90°逐渐增加时，透射光逐渐减弱。
太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片.
对激光的应用的考查
［典题例析]
2．下列说法中正确的是（ ）
A．偏振光可以是横波，也可以是纵波
B．因为激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象
C．激光可以像刀子一样切除肿瘤
D．以上说法都不对
解析：
光是一种横波，偏振光也是横波;激光也是光，因此具有光波的特性,能够发生衍射现象；激光有很多用途，可用来做手术，切除肿瘤。
答案：
C
［探规寻律]
激光的特点
（1）激光首先是光，遵循光的一切规律，例如折射、反射、衍射、干涉等.
（2）激光是一种新型光源，具有一般光源所不具备的特点，例如单色性好、方向性强、亮度高等。
（3）针对激光的每一个特点，都有很多方面的应用.
［跟踪演练］
在演示双缝干涉的实验时,常用激光做光源，这主要是应用激光的什么特性（ ）
A．亮度高 B．平行性好
C．单色性好D．波动性好
解析：
选C 频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光的单色性好，频率单一，通过双缝时能够得到两束相干光，故本题的正确选项是C.
[课堂双基落实]
1．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．自然光和偏振光都能使感光底片感光
解析：
选D 光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光，而振动沿着特定方向的光就是偏振光，但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射,所以A错；光的偏振现象并不罕见，除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光，所以B错；光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，所以C错；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光.
2．以下哪些现象可以说明光波是横波（ ）
A．光的干涉 B．光的偏振
C．光的色散D．光的反射
解析:
选B 光的干涉表明光的波动性，即光是一种波,选项A错；光的偏振表明光是横波，因为只有横波能发生偏振现象,选项B正确；光的色散可表明光是单色光还是复色光，选项C错;光的反射不能说明什么问题，选项D错。
3．激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛。
下面关于激光的叙述正确的是（ ）
A．激光是纵波
B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C．两束频率不同的激光能产生干涉现象
D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
解析：
选D 电磁波是横波，A项错；光在不同介质中传播速度不同，波长也不同，B项错；相干光的条件是频率相同，C项错，D项正确。
4．如图5 3 3所示,让太阳光通过M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上,P的右侧再放一光屏Q，现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周，则关于光屏Q上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是（ ）
图5 3。
3
A．只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮，其他位置时光屏上无亮光
B．光屏上亮、暗交替变化
C．光屏上亮度不变
D．光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动
解析：
选C 自然光在各方向的振动强度是相同的，当偏振片转动时.自然光透过偏振片的光的强度并不发生变化.
［课下综合检测]
（时间：
30分钟 满分：
50分）
一、选择题（共6小题，每小题5分，共30分，每小题只有一个选项正确.）
1．关于偏振光的下列说法正确的是（ ）
A．自然光就是偏振光
B．单色光就是偏振光
C．沿着一个特定方向传播的光叫偏振光
D．沿着一个特定方向振动的光叫偏振光
解析：
选D 自然光和偏振光的根本区别是前者包含着沿任意方向（垂直光传播方向）振动的光，而且沿各个方向振动的光波强度相同,而偏振光只有沿着某一特定方向振动的光，与光的颜色无关。
2．如图1所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q,可以看到透射光的强度会发生变化,这是光的偏振现象，这个实验表明（ ）
图1
A．光是电磁波 B．光是一种横波
C．光是一种纵波D．光是概率波
解析：
选B 偏振现象是横波特有的现象，题中实验表明光是一种横波,故应选B。
3．将激光束的宽度聚焦到纳米级（10－9m）范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的（ ）
A．单色性好B．波动性好
C．粒子性D．高能量
解析：
选D 激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大,故可修复器官。
4．在拍摄日落时水面下的景物时,应在照相机镜头前装一偏振片，其目的是（ ）
A．减弱反射光，从而使景象清晰
B．增强反射光，从而使景象清晰
C．增强入射光，从而使景象清晰
D．减弱入射光，从而使景象清晰
解析:
选A 本题考查偏振的应用。
由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊,装上偏振片的目的是减弱反射光，且透振方向与反射光的振动方向垂直,但不能增强透射光。
5．下列说法中正确的是（ ）
A．光的反射现象和折射现象说明光是横波
B．光的偏振现象说明光是一种纵波
C．激光通过狭缝时不可能产生衍射现象
D．应用光的偏振技术观看立体电影
解析：
选D 光的偏振现象说明光是一种横波，光的反射和折射现象不能说明光是横波或纵波，A、B项全错;激光通过狭缝时可能产生衍射现象，C项错;应用光的偏振技术观看立体电影,D项正确.
6。
（江苏高考）如图2所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧。
旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是（ ）
图2
A．A、B均不变
B．A、B均有变化
C．A不变，B有变化
D．A有变化，B不变
解析：
选C 因白炽灯发出的光为自然光，含各个方向的偏振光，且各个方向的偏振光的强度都相同,偏振片P和Q都只允许特定方向的偏振光通过，不管偏振片P旋转到任何位置都有光线通过，而且强度不变,所以A点的光的强度不变，当自然光通过偏振片P后变为偏振光,再通过偏振片Q，旋转偏振片P，当偏振片P和Q允许通过的方向相同，则B点最亮，当偏振片P和Q允许通过的方向垂直时，B点最暗，所以B点光的强度会发生变化.所以只有C正确。
二、非选择题（共2小题，共20分）
7．（10分）一台激光器，它的功率为P，如果它发射出的单色光在空气中的波长为λ，则这束单色光的频率是______,它在时间t内辐射的光能为________；如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v，那么这束单色光从该介质射向真空中发生全反射时的临界角为________。
解析:
根据c＝λf可得这束光的频率为f＝
，激光器在t时间内做的功W＝Pt转化为光能。
这束单色光对该介质的折射率n＝
，设它从该介质射向真空中发生全反射时的临界角为C，则sinC＝
＝
，所以C＝arcsin
。
答案：
Pt arcsin
8.（10分）如图3所示，杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？
说明理由。
图3
（1）在单色自然光源S后加一偏振片P.
（2）移除偏振片P后,在双缝后面加偏振片P1、P2,且P1与P2的透光方向垂直.
解析:
（1）到达S1、S2的光是从同一偏振光分解出来的,它们满足相干条件，能看到干涉条纹.且由于偏振片很薄，对光程差的影响可忽略，干涉条纹的位置与间距和没有P时基本一致,只是强度由于偏振片吸收而减弱.
（2）由于从P1、P2射出的光振动方向相互垂直，不满足干涉条件，故光屏被均匀照亮,无干涉现象.
答案：
见解析
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