.6光的偏振激光-高二物理同步精品讲义(人教版选择性必修第一册)(教师版)

4.6 光的偏振 激光
课程标准
课标解读
1.观察振动中的偏振现象,知道只有横波才有偏振现象。

2.知道偏振光和自然光的区别,能运用偏振知识来解释生活中一些常见的光学现象。

3.知道激光与自然光的区别。

1.认识光的偏振现象，知道光是横波.
2.知道偏振光和自然光的区别，了解偏振现象在生产与生活中的一些应用，如立体电影、液晶显示屏等．
知识点01 自然光和偏振光
自然光(非偏振光) 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
透振方向一致)
【即学即练1】下列关于偏振光的说法中正确的是( )
A ． 自然光就是偏振光
B ． 沿着一个特定方向传播的光叫偏振光
C ． 沿着一个特定方向振动的光叫偏振光
D ． 单色光就是偏振光 【答案】C
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知识精讲
【解析】自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同；只有沿着特定方向振动的光才是偏振光，所以选项C正确．
知识点02 激光的特点及其应用
1.激光：激光是一种通过人工方法获得的一种频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光波。

2.激光的特点
(1)“纯净”:激光的频率、相位、偏振方向、传播方向都相同，在实际应用中带来很多方便，如可以更好地完成干涉和衍射实验，广泛地应用于科学研究和生产生活中。

(2)平行度:激光的平行度好,能传播相当远的距离,可以用于精确的测距。

(3)亮度:激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,可以用于切割、焊接以及在坚硬材料上打孔等。

(4)激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息。

光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物。

【即学即练2】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象，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
【答案】A
【解析】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．
能力拓展
考法01 光的偏振
1.偏振片：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着某个特定方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。

2.自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，沿着各个
方向振动的光波的强度都相同。

3.偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。

4.观察光的偏振现象（自然光通过偏振片的实验结果）
如图所示，取一个偏振片P，让阳光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的；在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，会看到在旋转Q时光的亮度发生变化。

①摄影和摄像:在拍摄水中的景物时,让镜头滤光片的透振方向与反射光的偏振方向垂直,就可以减弱反射光,使被拍摄的对象的影像更清晰。

②液晶显示:液晶具有旋光性,在外电压作用下,这个性质会消失。

在液晶显示中,液晶盒上下两偏振片的透振方向相互垂直。

【典例1】如图所示，两光屏间放有两个偏振片，它们四者平行共轴，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，则光屏上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是( )
A．光屏上光的亮度保持不变
B．光屏上光的亮度会时亮时暗
C．光屏上有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线
D．光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动
【答案】B
【解析】太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，当偏振片P与偏振片Q垂直时，光屏没有亮度，则光屏上光的亮度从亮到暗，再由暗到亮．不可能出现光的衍射现象，所以光屏上不可能有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线，故A、C、D错误，B正确．
分层提分
题组A 基础过关练
一、单选题
1．在观看立体电影时，观众要戴上特制的眼镜，银幕上的图像才清晰，这副眼镜的制作原理是利用了光的（）
A．折射B．衍射C．干涉D．偏振
【答案】D
【解析】观众戴上特制眼镜观看立体电影时，利用了光的偏振现象；
故选D。

2．在演示双缝干涉的实验时，常用激光作光源，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
【答案】C
【解析】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。

故选C。

3．下列说法中正确的是（）
A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
B．偏振光的传播方向与振动方向不一定垂直
C．透过转动的偏振片观察玻璃表面、光滑桌面反射来的阳光，能感觉到明暗的变化
D．透过转动的偏振片观察阳光能感觉到明暗的变化
【答案】C
【解析】A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以消除反射光。

故A错误；
B．偏振光的传播方向与振动方向一定垂直。

故B错误；
C．偏振片只允许某一方向振动的光通过，故透过转动的偏振片观察玻璃表面、光滑桌面反射来的阳光，能感觉到明暗的变化。

故C正确；
D．透过转动的偏振片观察阳光不能感觉到明暗的变化，因为阳光为自然光。

故D错误。

故选C。

4．夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼，严重影响行车安全．若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与灯光的振动方向垂直，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体．假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施中可行的是
A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的
B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是竖直的
C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°
D．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°
【答案】D
【解析】A.若前窗玻璃的透振方向竖直，车灯玻璃的透振方向水平的话，从车灯发出的照射到物体上反射的光线将不能透过前窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，A错误；
B.若前窗玻璃与车灯玻璃的透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照得司机睁不开眼，B错误；
°，车灯玻璃的透振方向斜向左上45°，则车灯发出的光经物体反射后不能进入本车的车窗内，却可以透振进对面车窗内，C错误．
D.若使对面的车灯不进入玻璃,则车玻璃的透振方向和对面车灯的透振方向必须垂直,前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°，符合垂直条件，D正确
5．关于光现象及其应用，下列说法正确的是（）
A．汽车灯光夜间照着自行车“尾灯”，就变得十分明亮，是利用了光的折射
B．照相机的镜头表面镀有一层膜，使照相效果更好，是利用了光的衍射
C．用透明的标准样板和单色光检查工件平面的平整度，利用了光的干涉
D．抽制高强度纤维细丝，可用激光监控其粗细，是利用了光的偏振
【答案】C
【解析】“尾灯”为全反射棱镜，利用光的全反射现象；故A不符合题意；
B.照相机镜头表面镀有一层增透膜是利用了光的薄膜干涉现象．故B不符合题意；
C.用透明的标准样板和单色光检查工件平面的平整度，利用了光的薄膜干涉现象．故C符合题意；
D.激光束越过细丝时产生的衍射条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同．观察光束经过细丝后在
光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化．故D不符合题意．
6．下列说法中正确的是（）
A．用光导纤维束传送图象信息，这是利用光的衍射现象
B．立体电影利用的是光的偏振现象
C．眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹，这是光的干涉现象
D．照相机、望远镜的镜头表面常常镀一层透光的膜，从膜的前表面和玻璃表面反射的光相互加强
【答案】B
【解析】在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象．故A错误．立体电影是应用了光的偏振现象．故B正确．眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹是光的衍射现象．故C错误．照相机、望远镜的镜头表面常常镀一层透光的膜，即增透膜，光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，从膜的前表面和玻璃表面反射的光相互减弱．故D错误．故选B．
在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象，立体电影是应用了光的偏振现象，眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹是光的衍射现象，光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，从膜的前表面和玻璃表面反射的光相互减弱．
7．纵波不可能产生的现象是（）
A．偏振现象
B．折射现象
C．干涉现象
D．衍射现象
【答案】A
【解析】偏振现象是横波特有的现象，故纵波不可能产生偏振现象，而其它现象都可以产生；
故选A．
偏振现象是横波特有的现象，故纵波不可能产生偏振现象，其它现象横波、纵波都可以产生．
8．关于光的偏振现象，下列说法正确的是（）
A．光的振动方向与偏振片的“透振方向”不同时，光一定无法通过偏振片
B．光的偏振现象说明光是一种纵波
C．3D立体电影利用了光的偏振原理
D．拍摄水下景物时，为减小光在水面处的反射，可在照相机镜头前加一增透膜
【答案】C
【解析】A．只有当光的振动方向与偏振片的“透振方向”垂直时，光才无法通过偏振片，选项A错误；
B．光的偏振现象说明光是一种横波，选项B错误；
C ．3D立体电影利用了光的偏振原理，选项C正确；
D．拍摄水下景物时，为减小光在水面处的反射，可在照相机镜头前加一偏振片，选项D错误。

故选C。

9．物理知识在生活中有广泛的应用，下列关于光学知识应用，描述错误的是（）
A．图1医用内窥镜运用了光的全反射原理
B．图2液晶屏显像利用了光的偏振现象
C．图3照相机镜头表面增透膜运用了光的干涉原理
D．图4全息照相运用了光的衍射原理
【答案】D
【解析】A．医用内窥镜中的光导纤维运用了光的全反射原理，故A错误；
B．液晶屏显像过程中应用了偏振片，利用了光的偏振，故B错误；
C．照相机镜头表面增透膜运用了光的干涉原理，故C错误；
D．全息照相运用了光的干涉原理，故D正确。

故选D。

10．在激光的伤害中，以机体中眼睛的伤害最为严重。

激光聚于感光细胞时，产生过量热量而引起的蛋白质凝固变性是不可逆的损伤，一旦损伤以后就会造成眼睛的永久失明，激光对眼睛的危害如此之大的主要原因是（）
A．单色性好B．高能量C．相干性好D．平行度好
【解析】由题意可知，激光聚于感光细胞时产生过量热量而引起的蛋白质凝固变性是造成眼失明的原因，说明引起这一现象的主要原因是激光的高能量性。

故选B 。

二、多选题
11．关于光的叙述中，下面说法正确的是( )
A ．激光能沿着弯曲的光导纤维传播，是利用了光的全反射原理
B ．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
C ．通过两枝铅笔的狭缝所看到的远处日光灯的彩色条纹，是光的干涉所致
D ．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由蓝光改为黄光，则条纹间距变宽 【答案】ABD
【解析】A. 光导纤维是利用全反射来实现传播信号，故A 正确；
B. 光是一种横波，光的偏振是光沿特定方向振动且与传播方向相垂直．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．故B 正确；
C. 通过两枝铅笔的狭缝所看到的远处日光灯的彩色条纹，这是光的衍射现象，故C 错误；
D. 在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由蓝光改为黄光，波长变长，根据L x d
λ∆=，则条纹间距变宽，故D 正确．
12．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不相同
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 【答案】BD
【解析】A ．激光属于电磁波， 电磁波为横波，故A 错误； B ．频率相同的激光在不同介质中频率不变，但波速不同，由
v f λ=
知，波长也不同，真空中波长最长，其他介质中波长小于真空中波长，故B 正确；
C ．波产生干涉的前提条件是频率相同，两束频率不同的激光不能产生干涉现象，故C 错误；
D ．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离，故D 正确。

题组B 能力提升练
一、单选题
1．关于光的下列说法正确的是（）
A．偏振现象说明光是横波
B．偏振现象说明光是纵波
C．用光导纤维束传送图像信息，是利用光的衍射现象
D．用光导纤维束传送图像信息，是利用光的干涉现象
【答案】A
【解析】AB．衍射和偏振现象说明光是横波，故A正确，B错误；
CD．光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理，故CD错误。

故选A。

2．下列光现象中应用了光的偏振现象的是（）
A．全息照相B．立体电影
C．医用纤维式内窥镜D．增透膜
【答案】B
【解析】A. 全息照相使用激光的相干性好的特点，与光的干涉有关。

故A错误；
B. 偏振片式立体电影技术的基本原理是光的偏振，用的是横波的特点。

故B正确；
C. 医用纤维式内窥镜利用了光的全反射。

故C错误；
D. 增透膜利用光的薄膜干涉。

故D错误；
故选：B。

3．下列关于光的说法错误的是（）
A．图甲中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是光的折射现象
B．图乙中，激光切割是利用了激光的能量集中性
C．图丙中，DNA双螺旋结构的发现利用了衍射图样
D．图丁中，戴特制的眼镜观看立体电影，是利用了光的偏振现象
【答案】A
【解析】A．太阳光下的肥皂泡呈现出彩色条纹，是由于肥皂膜上下表面反射回的光相遇发生干涉形成的，故是光的干涉现象，故A符合题意；
B．图乙中，激光切割是利用了激光的亮度高，能量的集中性，故B不符题意；
C．图丙中，DNA双螺旋结构的发现利用了光的衍射图样，故C不符题意；
D．图丁中，戴特制的眼镜观看立体电影，是利用了光的偏振现象，故D不符题意；
本题选错误的故选A。

4．下列有关光学现象说法正确的是（）
A．图甲中荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于水的表面张力而形成的
B．图乙中将双缝干涉实验中的双缝间距调小，则干涉条纹间距变小
C．图丙中用加有偏振滤光片的相机拍照，可以拍摄清楚汽车内部的情景
D．图丁中肥皂膜在阳光下呈现彩色条纹是光的衍射现象
【答案】C
【解析】A．荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于光线从水中射向空气时，发生光的全反射，导致其特别“明亮”，选项A错误；
B．图乙中将双缝干涉实验中的双缝间距调小，根据
l x
d λ
∆=
则干涉条纹间距变大，选项B错误；
C．用加有偏振滤光片的相机拍照，偏振片可将车窗玻璃的反射光减弱，从而可以拍摄清楚汽车内部的情景，故C正确；
D．肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是肥皂膜前后表面反射的光线，相互叠加产生的现象，这是光的薄膜干涉现象造成的，故D错误。

故选C。

5．下列说法不正确的是（）
A．检验工件平整度的操作中，如图甲所示，上面为标准件，下面为待检测工件，通过干涉条纹可推断，P 为凹处，Q为凸处
B．图乙为光线通过小圆板得到衍射图样
C．图丙的原理和光导纤维传送光信号的原理有相似的地方
D．图丁的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样
【答案】D
【解析】A．薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，从弯曲的条纹可知，P处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知P处凹陷，而Q处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知Q处凸起，故A正确；
B．泊松亮斑是光线通过小圆板得到的光的衍射图样，故B正确；
C．沙漠蜃景是光的全反射现象，而光导纤维是光的全反射现象，它们的原理相同，故C正确；
D．立体电影是光的偏振，与照相机镜头表面涂上增透膜是光的干涉现象，它们的原理不相同，故D错误。

本题选择错误的，故选D。

6．小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光转动镜片时发现光有强弱变化下列说法能够解释这一现象的是（）
A．阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起起偏器的作用
B．阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起检偏器的作用
C．阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起起偏器的作用
D．阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起检偏器的作用
【答案】B
【解析】发现强弱变化说明水面上反射的阳光是偏振光，而阳光本身是自然光，在反射时发生了偏振，当偏振片的方向与光的偏振方向平行时，通过的光最强，而当偏振片的方向与光的偏振方向垂直时，通过的光最弱，因此镜片起到检偏器的作用。

故选B。

7．利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。

其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的
值与糖溶液的浓度有关。

将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。

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，则下列说法中不正确的是（）
A．到达处O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处光的强度最大，偏振片转B过的角度等于θ
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ
【答案】B
【解析】AB．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，所以到达O处光的强度会明显减弱，所以A正确，不符合题意；B错误，符合题意；
CD．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，将偏振片转动一个角度，使得O处光的强度最大，这个角度等于θ，所以CD正确，不符合题意；
故选B。

8．在战争爆发时，某方欲用激光器击毁位于地平线上方的敌方空间站，则应将激光器（）
A．瞄高些
B．瞄低些
C．沿视线直接瞄准
D．若激光束是红色，而空间站是蓝色的，则应瞄高些
【答案】C
【解析】ABC．空间站反射太阳的光射向地球，通过地球大气层要发生折射，而激光器发出的光通过大气层射向空间站也要发生折射，根据光路可逆，两者的光路相同,故AB错误，C正确；
D．空间站是蓝色的，反射光也是蓝色的，比红色激光束的折射率大，由折射定律知应瞄低些方能射中，故D错误；
故选C。

9．下列说法正确的是（）
A．检验工件平整度的操作中，如图甲所示，上面为标准件，下面为待检测工件，通过干涉条纹可推断出P 为凸处、Q为凹处
B．图乙为光照射到小圆孔得到的衍射图样
C．图丙海市蜃楼是光的全反射现象，原因是由于海面的上层空气的折射率比下层空气折射率小
D．图丁的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理是相同的
【答案】C
【解析】A．薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，从弯曲的条纹可知，P处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相等，知P处凹陷，而Q处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知Q处凸起，故A错误；
B．图为光线通过小圆板得到的衍射图样，若用光照射很小的不透明圆板时，后面会出现一亮点，故B错误，不符合题意；
C．海市蜃楼和沙漠蜃景都是光的全反射现象，而海市蜃楼的原因是下层温度低，空气下沉，折射率大，上层空气薄折射率小，故C正确；
D．立体电影是光的偏振，与镜头表面涂上增透膜是利用光的干涉，它们的原理不相同，故D错误。

故选C。

10．关于光的偏振现象，下列说法中正确的是（）
A．偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同
B．自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光
C．光的偏振现象说明光是一种纵波
D．照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用
【答案】B
【解析】A．自然光是在垂直于传播方向的上沿一切方向振动且各个方向振动的光波强度都相同，而不是偏振光，故A错误；
B．自然光在水面反射时，反射光和折射光的振动方向不同，都是一定程度的偏振光，所以B正确；
C．光的偏振现象说明光是一种横波，故C错误；
D．照相机的增透膜，使得反射光发生干涉从而使其减弱，所以反射光的光程差等于光在增透膜的波长的1
2
，
则厚度通常为绿光在增透膜中波长的1
4
，是光的干涉现象，故D错误。

故选B。

可以使天然光变成偏振光的光学元件叫偏振片，偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽。

在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜，这种薄膜就叫增透膜。

自然光是在垂直于传播方向的上沿一切方向振动且各个方向振动的光波强度都相同，而偏振光是垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动。

11．1966年华裔科学家高锟博士提出一个理论：直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来做为光的波导来传输大量信息，43年后高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通讯之父”．以下哪个实验或现象的原理和光导纤维是相同的（）
A．图甲中，弯曲的水流可以导光
B．图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像
C．图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色
D．图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象
【答案】A
【解析】图甲中，弯曲的水流可以导光是因为光在水和空气界面上发生了全反射现象，故与光导纤维原理相同，A正确；图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像是因为光的偏振现象，B错误；图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色是因为光的干涉现象，C错误；图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象是因为光发生了折射现象，D错误．
12．如图所示，让太阳光通过偏振片P和Q，并以光的传播方向为轴旋转P或Q，下列说法正确的是（）。