第3节光的偏振第4节激光与全息照相1.了解振动中的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象，知道光是一种横波.2.知道偏振光和自然光的区别，知道光的偏振说明光是横波.（重点＋难点）3.知道激光的产生原理和主要特点，了解激光的特性和应用.（重点）4.知道激光在全息照相中的应用原理和特点.一、光的偏振1.偏振现象（1）如果横波只沿某一个特定的方向振动，在物理学上就叫做波的偏振.只有横波才有这种特性.因为纵波的振动方向和传播方向始终在同一直线上，所以纵波不存在偏振.（2）光波属于电磁波，是横波，具有偏振性.太阳、电灯、蜡烛等普通光源发出的光不显示偏振性.2.偏振片：只让某一方向振动的光通过，而不让其他方向振动的光通过的一种光学元件.3.光的分类（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，光的振动在平面内是均匀分布的.（2）偏振光①自然光通过偏振片（起偏器）之后，只有振动方向与“狭缝”方向相同的光波才能完全通过.自然光通过偏振片后，就能获得偏振光.②起偏器和检偏器：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.③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）立体电影.（2）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.（3）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，检查应力的分布情况以及用于地震预报.1.（1）只有横波才能发生偏振，纵波不能发生偏振.（）（2）光的偏振现象证明光是横波.（）（3）自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光.（）提示：（1）√（2）√（3）×二、激光与全息照相1.激光及其特性（1）激光是原子受激辐射产生的光.发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同的激光相遇可以发生干涉.激光是人工产生的光.（2）激光具有相干性好、单色性好、亮度高、方向性强等特点.（3）激光用途很广，在农业领域可以用来育种，在医疗领域可以用激光作为手术刀来切割组织，在军事领域可以制作各种激光武器，在工业领域可以利用激光进行切割金属等难熔物质.2.激光与全息照相（1）全息照相是利用光的干涉来实现的.（2）作为光源的激光被分成两部分：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，经反射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.2.（1）激光用于光纤通信是利用了它亮度高的特点.（）（2）激光可用做“光刀”来切开皮肤，是利用了激光的相干性好.（）（3）全息照相技术只能记录光波的强弱信息.（）提示：（1）×（2）×（3）×偏振现象及其应用1.偏振现象：对于横波通过狭缝的情况，只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时，横波才能无阻碍地通过狭缝，而当狭缝的方向与横波质点的振动方向垂直时，横波不能通过狭缝，说明偏振是横波特有的现象.2.自然光与偏振光（1）光源发光原理：任何普通光源都是由大量的原子或分子组成的，这些大量的原子或分子振动发光.原子发光具有间歇性，在下一瞬间发射的另一光波与前一时刻发出的光波几乎没有任何关联，大量原子、分子之间的发光规律没有关联，具有随机性.（2）自然光：由光源发光原理知道，在垂直于传播方向的平面内，光振动在平面内各个方向的分布是均匀的，不显示偏振性，这样的光叫做自然光.（3）偏振片：由特殊材料制成的，只让某一方向振动的光通过，而不让其他振动方向的光通过的一种光学元件.偏振片上的“狭缝”若不借助特殊仪器，用肉眼无法观察到.起偏器和检偏器都是偏振器.把偏振光能完全通过的方向称为这个偏振器的偏振化方向.（4）偏振光：只沿着一个特定方向振动的光叫做偏振光.（5）自然界中的起偏器：江湖或海洋的水面、皮革、鱼鳞、毛皮等.3.偏振现象的应用（1）立体电影.（2）摄影时利用偏振片消除反光.（3）利用偏振现象检查应力的分布.（4）汽车挡风玻璃上安装偏振片可以减弱对面车灯射来的光.（5）液晶显示也是利用了偏振现象.（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）当光照射到界面上发生折射与反射时，若折射光线与反射光线垂直，光发生完全偏振.如图所示，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（）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[解题探究]（1）白炽灯光是自然光还是偏振光？（2）偏振光通过偏振片后，光的强度如何变化？[解析]白炽灯光包含各个方向的光，且各个方向的光强度相等，所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度不变；白炽灯光经偏振片P后为偏振光，此时只有偏振片Q与P的偏振方向一致时偏振光才能完全透过Q，因此在旋转P时B点的光强有变化，选项C正确.[答案] C（1）偏振片是由特殊材料制成的，每个偏振片都有特定的透振方向，沿与透振方向垂直振动的光不能透过偏振片.（2）获得偏振光的两种方式①让自然光通过偏振片；②自然光射到两种介质的分界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直.1.下面关于光的偏振现象的应用正确的是（）①自然光通过起偏器后成为偏振光，利用检偏器可以检验出偏振光的振动方向②立体电影利用了光的偏振现象③茶色眼镜利用了光的偏振现象④拍摄日落时水面上的景物，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响A.①②③B．①②④C.②③④D．①②③④解析：选B.起偏器和检偏器都是偏振片，故①对；立体电影放映时是通过两个相互垂直的偏振片把偏振片光射到银幕上，观众戴上偏振片制作成的眼镜才能看立体电影，故②对；茶色眼镜没有利用光的偏振现象，是滤光片，故③错；水面反射光强，且是偏振光，故④对.所以选B项.激光的特点与应用1.光的产生：原子获得能量后处于不稳定状态，会以光的形式向外发射能量.2.自发发射：一般光源自发地发出光，所发出的光频率不一、相差不稳定、方向不同.这种光是自然光，即普通光.3.受激发射：原子受到外来光脉冲的激发，会发射出与这个外来光脉冲“四同”（同频率、同相差、同偏振、同传播方向）的光，这种光就是激光.4.激光的特点及其应用特点（比普通光）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”、激发核反应下列说法正确的是（）①激光可用于测距②激光能量十分集中，只可用于加工金属材料③外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染④激光可用于全息照相，有独特的特点A.①②③B．②③④C.①③④D．①②③④[思路点拨]解答本题应熟记激光的特点.[解析]激光平行度好，即使在传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，①正确.激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工，激光医疗，激光美容，激光武器等，②错误.激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相位信息，所以看起来跟真的一样，立体感较强，④正确.由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤等的同时，也能杀灭细菌，所以③正确.[答案] C2.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（）A.亮度高B．平行度好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.故本题的正确答案是C.[随堂检测]1.（多选）关于自然光和偏振光，以下说法正确的是（）A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同B.偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光C.自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过另一个偏振片后又还原为自然光D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光解析：选BD.本题可由自然光和偏振光的定义解决.光源发出的光，沿着各个方向振动的光的强度都相同，叫做自然光.振动方向一定的光叫做偏振光.2.全息照相利用了下列原理中的（）A.小孔成像B．光的反射C.光的衍射D．激光是一种相干光解析：选D.全息照相利用了干涉原理，且激光频率单一，是一种相干光，故D项正确，A、B、C三项错误.3.（多选）如图，P 是偏振片，P 的透振方向（用带箭头的实线表示）为竖直方向.下列四种入射光束中，哪几种照射P 时能在P 的另一侧观察到透射光（ ）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ABD.太阳光包含垂直传播方向向各个方向振动的光，当太阳光照射P 时能在P 的另一侧观察到偏振光，故A 正确；沿竖直方向振动的光能通过偏振片，故B 正确；沿水平方向振动的光不能通过偏振片，因为它们相互垂直，故C 是错误的；沿与竖直方向成45°角振动的光也能通过偏振片，故D 正确.4.一台激光器，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 ＝c λ，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 ＝c v，设它从该介质射向真空中发生全反射的临界角为C ，则sin C ＝1n ＝v c ，所以C ＝arcsin v c. 答案：c λ Pt arcsin v c[课时作业]一、单项选择题1.下列现象中可以说明光是横波的是 （ ）A.光的干涉现象B ．光的衍射现象 C.光的全反射现象 D ．光的偏振现象解析：选D.光能发生干涉和衍射现象，说明光是一种波，具有波动性；光的全反射现象，说明光由光密介质进入光疏介质和由光疏介质进入光密介质会有不同的现象；光的偏振现象说明光的振动方向与传播方向垂直，即说明光是横波，所以正确选项为D.2.三维全息照片损坏后，用其中一小片再现观察其虚像，下列说法正确的是（ ）A.只能观察原物的一部分B.完全不能再现虚像C.能再现完整的虚像，和没有损坏的全息照片再现的虚像无差别D.能再现虚像，但分辨率降低解析：选C.根据全息照片的特点可知，利用其中一部分能再现完整的虚像，所以C正确. 3.让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声音和图像，这是利用激光的（）A.平行度好，可以会聚到很小的一点上B.相干性好，可以很容易形成干涉图样C.亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量D.波长短，很容易发生明显的衍射现象解析：选A.激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD 唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误. 4.某些特定的环境下照相时，常在照相机镜头前装一偏振片使景象清晰，关于其原理，下列说法正确的是（）A.增强透射光的强度B.减弱所拍摄景物周围反射光的强度C.减弱透射光的强度D.增强所拍摄景物周围反射光的强度解析：选B.某些特定情况下，特别是背景存在水面时，镜面能反射较强的光，其反射光会干扰景物成像，由于反射光是偏振光，所以在镜头前加一偏振片.调整其偏振方向可以滤掉一部分背景的反射光，使景物成像清晰.5.在双缝干涉实验中，用单色自然光，在屏上形成干涉条纹，若在两缝后放一个偏振片，则（）A.干涉条纹的间距不变，但亮纹的亮度加强B.干涉条纹的间距不变，但亮纹的亮度减弱C.干涉条纹的间距变窄，但亮纹的亮度减弱D.无干涉条纹解析：选B.自然光通过偏振片后变成偏振光，能量减少，故亮条纹的亮度减弱，因波长不变，故条纹间距不变，选项B正确.6.一束光由真空入射到平面玻璃上，当其折射角为30°时，反射光恰好产生完全偏振.因此，可以推断出玻璃的折射率为（）A. 2 B． 3C.32D．33解析：选B.如图所示，折射角θ2＝30°，由于反射光恰好完全产生偏振，因此反射光线与折射光线垂直，反射角θ1＝90°－θ2＝60°，根据折射定律得n＝sin θ1sin θ2＝3，B项正确.二、多项选择题7.关于激光与自然光，下列说法正确的是（）A.激光的频率单一，而自然光是含有各种色光频率的光，所以激光的相干性好B.自然光是由物质的原子发射出来的，而激光是人工产生的，所以激光不是由物质的原子发射出来的C.激光和自然光都具有相同的本质，它们都是由原子的跃迁产生的D.相干性好是激光与普通光的根本区别解析：选ACD.激光的频率单一，相干性很好，自然光中含有各种频率的光，故A、D正确；激光和自然光都是由原子的跃迁产生的，故B错误，C正确.8.光的偏振现象说明光是横波，下列现象中能反映光的偏振特性的是（）A.一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B.一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光C.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振光片，可以使景象更清晰D.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹解析：选ABC.自然光通过第一个偏振片后形成单一振动方向的偏振光，再通过第二个偏振片时，若偏振片的透射方向与此偏振光的振动方向垂直，则无光透过第二个偏振片，若二者平行则透射光最强，故选项A反映了光的偏振现象；一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光与折射光线垂直时，反射光线和折射光线都是偏振光且偏振方向垂直，选项B反映了光的偏振；拍摄水中景物或玻璃橱窗中景物时，由于水或玻璃表面反射光较强，使所拍摄景物不清晰，在照相机镜头前装上偏振光片，使其透振方向与反射光的偏振方向垂直，则有效防止反射光进入照相机，从而所拍景象更清晰，选项C反映了光的偏振；通过手指间的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹是光的衍射现象.9.在垂直于太阳光的传播方向上前后各放置两个偏振片P和Q，在Q的后面放一光屏，则下列说法正确的是（）A.Q不动，旋转P，屏上的光的亮度不变B.Q不动，旋转P，屏上的光的亮度时强时弱C.P不动，旋转Q，屏上的光的亮度不变D.P不动，旋转Q，屏上的光的亮度时强时弱解析：选BD.P是起偏器，它的作用是把太阳光（自然光）转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱. 10.奶粉的碳水化合物（糖）含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量，偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关.将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品中的含糖量.如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是（）A.到达O处光的强度会明显减弱B.到达O处光的强度不会明显减弱C.将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD.将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α解析：选ACD.自然光通过偏振片后得到垂直于光的传播方向与偏振片的透振方向平行的偏振光，该偏振光经被测样品后，其偏转方向发生了偏转，即相对于光的传播方向向左或向右旋转了一个角度α.到达B的光的偏振方向与B的透振方向不完全一致，故O处光的强度会明显减弱，故A项正确，B项错误；若将A或B转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，说明它们转过的角度等于α，故C、D两项都正确.三、非选择题11.通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛、月亮、反光的黑板，当以入射光线为轴转动偏振片时，看到的现象有何不同？解析：通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化，因为灯光、烛光都是自然光，沿各个方向振动的光的强度相同，因此，当偏振片旋转时，透射出来的光波的振动方向虽然改变了（肉眼对此不能感觉），但光的强弱没有改变.月亮和黑板反射的光是偏振光，它们通过偏振片透射出来的光线的强弱会随偏振片的旋转发生周期性的变化.答案：见解析12.如图为玻璃厚度检测仪的原理图，其原理是：固定一束激光AO 以不变的入射角i 照到MN 表面，折射后从PQ 表面射出，折射光线最后照到光电管C 上，光电管将光信息转变为电信号，依据激光束在C 上移动的距离，可以确定玻璃厚度的变化.设i ＝45°，玻璃对该光的折射率为 2，C 上的光斑向左移动了Δs ，则可确定玻璃的厚度比原来变 （选填“厚”或“薄”）了多少？解析：光经过平行玻璃砖传播方向不变，只发生侧移，光斑向左移，可见玻璃砖变厚了.由sin i sin r＝n ，得r ＝30°.设变厚了d .则d tan 45°－d tan 30°＝Δs ，所以d ＝3＋32Δs . 答案：厚3＋32Δs。