【教案】光的偏振+激光+教案-2022-2023學年高二上學期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

.6光的偏振激光〖教材分析〗本節(jié)完整的解釋了光是橫波，闡述了光的偏振現象，以及光的偏振在生產、生活、科技等方面的應用。偏振現象對于學生來說不好理解，所以教材先從繩波會發(fā)生偏振入手，再通過類比去介紹光的偏振。在教學中，重點介紹我國在激光領域的成果。〖教學目標與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶知道光的偏振現象和光是一種橫波。科學思維∶通過比較偏振光和自然光的區(qū)別，能運用偏振光的知識看待生活中的光學現象?？茖W探究：通過觀察光的偏振現象，理解光波的是不一樣的橫波，有著不同的偏振方向，這一特性?？茖W態(tài)度與責任∶知道我國在激光領域的先進成果，培養(yǎng)民族自豪感?！冀虒W重難點〗教學重點：光的偏振現象及其應用。教學難點：偏振光的理解。〖教學準備〗彈簧、激光筆等?！冀虒W過程〗一、新課引入在觀看立體電影時，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？二、新課教學（一）偏振我們已經知道質點的振動方向和波的傳播方向垂直的波是橫波。質點的振動方向和波的傳播方向平行的是縱波。光波的振動情況是不可見的，那么光的波動情況，只能通過其他方式來證明。窄縫原理：以繩波為例，讓繩子穿過一個窄縫，如果繩波的方向與窄縫相同，繩波就可以穿過窄縫繼續(xù)傳播。如果繩波的方向與窄縫垂直，繩波的振動就會帶窄縫阻擋，無法穿過窄縫。明確兩個概念：偏振現象：傳播方向相同，振動方向也可能不同。偏振方向：橫波的振動方向。例如，一列沿水平方向傳播的橫波，既可能沿上下方向振動，也可能沿左右方向振動，還可能沿其他“斜”的方向振動。而縱波則不同，以聲波為例，在聲源后放置兩條窄縫，無論怎樣調節(jié)窄縫的方向，剩余的強度都沒有變化。再比如彈簧形成的縱波，它也可以穿過相互垂直的兩窄縫。以上例子說明，縱波一定能夠通過窄縫，橫波不一定。那就可以用窄縫原理來檢測光波是橫波還是縱波。（二）光的偏振思考：光的干涉和衍射現象都說明光是一種波。波又分為橫波和縱波，光究竟是橫波還是縱波呢？可以用窄縫原理來檢測光波是橫波還是縱波。研究表明，光是一種橫波。窄縫原理做實驗準備利用“偏振片”代替帶有狹縫的木板來做光學實驗。每個偏振片都有一個特定的方向，沿著這個方向振動的光波能順利通過偏振片，偏振方向與這個方向垂直的光不能通過，這個方向叫作“透振方向”。演示：觀察光的偏振現象（播放視頻）如圖，讓陽光或燈光通過偏振片P，在P的另一側觀察，可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些。以光的傳播方向為軸旋轉偏振片P，透射光的強度變化嗎？在偏振片P的后面再放置另一個偏振片Q，以光的傳播方向為軸旋轉偏振片Q，觀察通過兩塊偏振片的透射光的強度變化。現象：光照射偏振片在偏振片后方形成明顯的光斑，此時兩個偏振片的透振方向相同，將第二個偏振片旋轉90度，光斑消失。驗證：光是一種橫波，如果光波是縱波，光強度不變。分析：實際上，太陽以及日光燈、發(fā)光二極管等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同。這種光是“自然光”。即自然光：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。偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定的方向振動。偏振光并不罕見。除了從太陽、白熾燈等光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木質桌面等表面反射時，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變化。即一般的反射光和折射光都是偏振光。（三）偏振現象的應用1.在攝影中的應用——鏡頭前裝偏振片。比如拍攝水面下的景物時，水面的反射光比較強，水下的景物非常不清晰，如果在鏡頭前加一個偏振片，使這個偏振片的透光方向與反射光的偏振方向垂直，就可以把反射光大幅減弱，從而突出水面下景物的清晰度。車燈和車窗前裝上偏振片晚上會車強光晃眼的問題，相信你也曾經遇到過這種刺眼的燈光，這是很容易發(fā)生交通事故，如果在車窗和車燈前裝上透振方向是45度的偏振片，自己的燈光可以很清晰的透過自己的車窗，但對面汽車因為是相向而行，它的燈光振動方向恰好與本車窗透振方向垂直，這樣就可以消除對面車燈的強烈炫光。3.看電影時眼鏡利用偏振現象就可以解釋課前的問題。做一做（播放視頻）將一個偏振片放于眼睛的前方，觀察通過窗戶進入室內的自然光。轉動偏振片，你感覺到的明暗有沒有明顯的變化？（四）激光的特點及其應用激光技術已經慢慢被人們所熟知。其實原本自然界不存在激光，是原子受到特定刺激，內部結構發(fā)生變化時，從原內部發(fā)出的光。激光：頻率相同、相位差恒定、振動方向一致的光波。問題：激光的優(yōu)勢何在呢？①激光的單色性好例如，我們前面講過的雙縫干涉實驗和衍射實驗，用激光要比用自然光更容易完成。因此，激光被廣泛地應用于生產生活和科學研究中。②激光的很高的相干性首先在普通的光源發(fā)光時，每個原子什么時候發(fā)光朝哪個方向發(fā)光都不確定，而且發(fā)光的頻率也不一樣，這樣的光干涉效果并不好。而激光器發(fā)出的激光數頻率相同，振動方向也相同，它具有很高的相關性，可以用來傳遞信息。并且激光的頻率大，只能攜帶的信息量就大，這造就了現在主流的光纖網絡。③激光的平行度好另外普通光源發(fā)出的光是射向四面八方的，就算再高端的探照燈也會有0.1弧度的發(fā)散角，激光的發(fā)散角只有0.001弧度，這導致探照燈的光到達月球時，光斑直徑會拿到幾百公里，而激光只有兩公里。所以激光往返的能量更集中，更適用于精確測距，激光的這種特性被稱作平行度好。④激光亮度高此外，如果把強大的激光術匯聚起來照射的物體上能在千分之一秒達到幾千萬度的高溫，使物體瞬間氣化。利用激光役特性，可以用激光進行切割，焊接，打孔，甚至用來做激光武器。這就是激光亮度高或者說強度大的優(yōu)勢。激光的用途還有很多。人們現在還在努力實現更多種類的激光，比如，頻率遠高于可見光、與X射線接近的超高頻率激光。它們也將成為生產和科研的有力工具。科學漫步:立體電影和偏振光觀看立體電影時，觀眾戴的眼鏡就是一對透振方向互相垂直的偏振片。這要從人眼看物的立體感說起。人的兩只眼睛同時觀察物體，不但能擴大視野，而且能判斷物體的遠近，產生立體感。這是由于人的兩只眼睛同時觀察一個物體時，兩眼看到的兩個像并不完全相同，左眼看到物體的左側面較多，右眼看到物體的右側面較多，這兩個像經過大腦綜合以后就能區(qū)分物體的前后、遠近，從而產生立體感。課堂練習例1：雨后太陽光入射到水:滴中發(fā)生色散而形成彩虹。設水滴是球形的，圖中的圓代表水滴過球心的截面，入射光線在過此截面的平面內，a、b、c、d代表四條不同顏色的出射光線，則它們可能依次是（）A.紫光、黃光、藍光和紅光B.紫光、藍光、黃光和紅光C.紅光、藍光、黃光和紫光D.紅光、黃光、藍光和紫光解析：根據折射圖象可得出各光的偏折程度，即可得出折射率的大小，則可得頻率、波長等的大小時關系，即可判斷各光可能的順序。由圖可見光的折射率知，紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種色光的折射率依次增大，由題圖知a→d折射率依次減小，故A、C、D錯，B對。例2：市場上有種燈具俗稱冷光燈”，用它照射物品時能使被照物品產生的熱效應大大降低，從而廣泛地應用于博物館、商店等處。這種燈降低熱效應的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍了一層薄膜（氟化鎂）。這種膜能消除不鍍膜時玻璃表面反射回來的熱效應最顯著的紅外線，以表示此紅外線的波長，則所鍍薄膜的厚度最小應為（）A.B.C.D.解析：解答本題時要明確通過改變薄膜的厚度可以達到增強反射光或肖弱反射光的目的。為消除反射的熱效應顯著的紅外線，則要求紅外線在薄膜的前后表面反射后屋加減弱，即路程差為半波長的奇數倍，故薄膜的最小厚度為紅外線在該薄膜中波長的。即選B。例3：下列說法正確的是（）A.光的偏振現象說明光是橫波B.光從真空斜射入某介質時，折射角大于入射角C.在單縫衍射實驗中，縫越寬得到的中央亮條紋也越寬D.在相同的裝置上做雙縫干涉實驗，紫光比紅光的條紋寬解析：偏振是橫波特有的現象，光能發(fā)生偏振說明光是橫波，A符合題意?！及鍟O計〗4.6光的偏振激光一、偏振橫波：即使傳播方向相同，振動方向也可能不同。稱為“偏振現象”。橫波的振動方向稱為“偏振方向”。光的偏振：光是一種橫波自然光：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