【教案】光的偏振+激光+教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册

4.6光的偏振激光

〖教材分析〗

本节完整的解释了光是横波，阐述了光的偏振现象，以及光的偏振在生产、生活、科技等方面的应用。偏振现象对于学生来说不好理解，所以教材先从绳波会发生偏振入手，再通过类比去介绍光的偏振。在教学中，重点介绍我国在激光领域的成果。

〖教学目标与核心素养〗

物理观念∶知道光的偏振现象和光是一种横波。

科学思维∶通过比较偏振光和自然光的区别，能运用偏振光的知识看待生活中的光学现象。

科学探究：通过观察光的偏振现象，理解光波的是不一样的横波，有着不同的偏振方向，这一特性。

科学态度与责任∶知道我国在激光领域的先进成果，培养民族自豪感。〖教学重难点〗

教学重点：光的偏振现象及其应用。

教学难点：偏振光的理解。

〖教学准备〗

弹簧、激光笔等。

〖教学过程〗

一、新课引入

在观看立体电影时，观众要戴上特制的眼镜，如果不戴

这副眼镜，银幕上的图像就模糊不清了。这是为什么？

二、新课教学

（一）偏振

我们已经知道质点的振动方向和波的传播方向垂直的波是横波。质点的振动方向和波的传播方向平行的是纵波。光波的振动情况是不可见的，那么光的波动情况，只能通过其他方式来证明。

窄缝原理：以绳波为例，让绳子穿过一个窄缝，如果绳波的方向与窄缝相同，

绳波就可以穿过窄缝继续传播。如果绳波的方向与窄

缝垂直，绳波的振动就会带窄缝阻挡，无法穿过窄缝。

明确两个概念：

偏振现象：传播方向相同，振动方向也可能不同。

偏振方向：横波的振动方向。

例如，一列沿水平方向传播的横波，既可能沿上下方向振动，也可能沿左右方向振动，还可能沿其他“斜”的方向振动。

而纵波则不同，以声波为例，在声源后放置两条

窄缝，无论怎样调节窄缝的方向，剩余的强度都没有

变化。再比如弹簧形成的纵波，它也可以穿过相互垂

直的两窄缝。

以上例子说明，纵波一定能够通过窄缝，横波不一定。那就可以用窄缝原理来检测光波是横波还是纵波。

（二）光的偏振

思考：光的干涉和衍射现象都说明光是一种

波。波又分为横波和纵波，光究竟是横波还是纵

波呢？

可以用窄缝原理来检测光波是横波还是纵波。研究表明，光是一种横波。

窄缝原理做实验准备

利用“偏振片”代替带有狭缝的木板来做光学实验。每

个偏振片都有一个特定的方向，沿着这个方向振动的光波能

顺利通过偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，

这个方向叫作“透振方向”。

演示：观察光的偏振现象（播放视频）

如图，让阳光或灯光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些。以光的传播方向为轴旋转偏振片P，透射光的强度变化吗？

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，观察通过两块偏振片的透射光的强

度变化。

现象：光照射偏振片在偏振片后方形成明显的光斑，此时两个偏振片的透振方向相同，将第二个偏振片旋转90度，光斑消失。验证：光是一种横波，如果光波是纵波，光强度不变。

分析：实际上，太阳以及日光灯、发光二极管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，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。这种光是“自然光”。即

自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，

而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。

偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方

向振动。

偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接

发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同

程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面

反射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏

振的程度也有变化。即

一般的反射光和折射光都是偏振光。

（三）偏振现象的应用

1.在摄影中的应用——镜头前装偏振片。

比如拍摄水面下的景物时，水面的反射光比较强，水下

的景物非常不清晰，如果在镜头前加一个偏振片，使这个偏

振片的透光方向与反射光的偏振方向垂直，就可以把反射光

大幅减弱，从而突出水面下景物的清晰度。

2.车灯和车窗前装上偏振片

晚上会车强光晃眼的问题，相信你也曾经遇到过这种刺

眼的灯光，这是很容易发生交通事故，如果在车窗和车灯前

装上透振方向是45度的偏振片，自己的灯光可以很清晰的透

过自己的车窗，但对面汽车因为是相向而行，它的灯光振动

方向恰好与本车窗透振方向垂直，这样就可以消除对面车灯

的强烈炫光。

3.看电影时眼镜

利用偏振现象就可以解释课前的问题。

做一做（播放视频）

将一个偏振片放于眼睛的前方，观察通过窗户进入室内的自然光。转动偏振片，你感觉到的明暗有没有明显的变化？

（四）激光的特点及其应用

激光技术已经慢慢被人们所熟知。其实原本自然界不存在激光，是原子受到特定刺激，内部结构发生变化时，从原内部发出的光。

激光：频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波。

问题：激光的优势何在呢？

①激光的单色性好

例如，我们前面讲过的双缝干涉实验和衍射实

验，用激光要比用自然光更容易完成。因此，激光

被广泛地应用于生产生活和科学研究中。

②激光的很高的相干性

首先在普通的光源发光时，每个原子什么时候发光朝

哪个方向发光都不确定，而且发光的频率也不一样，这样

的光干涉效果并不好。而激光器发出的激光数频率相同，

振动方向也相同，它具有很高的相关性，可以用来传

递信息。并且激光的频率大，只能携带的信息量就大，

这造就了现在主流的光纤网络。

③激光的平行度好

另外普通光源发出的光是射向四面八方

的，就算再高端的探照灯也会有0.1弧度的发

散角，激光的发散角只有0.001弧度，这导致

探照灯的光到达月球时，光斑直径会拿到几百

公里，而激光只有两公里。所以激光往返的能量更集中，更适用于精确测距，激光的这种特性被称作平行度好。

④激光亮度高