高中物理选修性必修 第一册4.6光的偏振 激光-教案-人教版

光的偏振激光

【教学目标】

1．通过实验，认识振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象。

2．了解偏振光和自然光的区别，从光的偏振现象知道光是横波。

3．了解日常见到的光多数是偏振光，了解偏振光在生产生活中的一些应用。

4．了解激光的特点及激光的应用。

【教学重难点】

1．通过实验，认识振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象。

2．知道光是横波及偏振在生产生活中的一些应用。

3．了解激光的特点及激光的应用。

【教学过程】

一、复习提问、新课导入

（复习横波和纵波的概念）

师：请同学们回忆一下机械波一节内容，举例说说什么是横波？什么是纵波？

生：振动方向和传播方向垂直的波叫横波，抖动水平软绳时产生的波就是横波，振动方向和传播方向一致的波叫纵波，像水平悬挂的弹簧一端振动时形成的沿弹簧传播的波。

师：通过前几节课的学习，我们知道光具有波动性，那么光波究竟是横波还是纵波呢？

这节课我们要学习的偏振现象，可以说明光是横波。

二、新课教学

（一）偏振

师：我们先通过一个实验来看看怎么判断一种波是横波还是纵波。

【演示一】

介绍课本上装置，教师演示，引导学生仔细观察波传到狭缝时的情况，看波能否通过狭缝传到木板的另一侧。

师：请一位同学来表述一下看到的现象。

生：对绳上形成的横波，当狭缝与振动方向一致时，波不受阻碍，能通过狭缝，而当狭缝与振动方向垂直时，波被狭缝挡住，不能通过狭缝传到木板另一端，对弹簧上形成的纵波，无论狭缝怎样放置，弹簧上疏密相间的波均能顺利通过狭缝传播到木板另一侧。

师：表达得不错，还有同学要补充吗？

生：在绳上横波传播过程中，当狭缝既不与振动方向平行也不与振动方向垂直时，有部分振动能通过狭缝。

师：很好。横波的这种现象称为偏振现象，大家看到，纵波不会发生偏振现象，根据是否能发生偏振，我们可以判断一个机械波是横波还是纵波。虽然这种方法对判断机械波并非必要，但我们可以借助这种方法来判断光波是横波还是纵波。

（二）光的偏振

【演示二】

（教师介绍装置，强调起偏器P和检偏器Q的作用，演示同时引导学生认真观察随着检偏器Q的转动屏上光照强度的变化）

师：请大家看这个薄片，它在我们这个演示实验中的作用与前面的带有狭缝的木板类似，它上面有一个特殊的方向称透振方向，只有振动方向与透振方向平行的光波才能透过偏振片，下面请大家认真观察。

现象1：用一个起偏器观察自然光，偏振片是透明的，以光的传播方向为轴旋转P

时，透射光强度不变。

师：同学们能由此得到什么结论吗？

生：光是纵波。

师：怎么得到这个结论的呢？

生：与前面纵波实验类比得到的。

师：大家有没有考虑过假如波是横波而且沿各个方向都有振动的情况呢？

（学生默然，教师继续演示）

现象2：加上检偏器Q，当Q的透振方向与P的透振方向一致时，透射光强度最大。

现象3：以光传播方向为轴旋转时，透射光强度减弱。当Q与P透振方向垂直时，屏上最暗，光强几乎为零。

师：现在大家能判断光是横波还是纵波了吗？

生：能，是横波。

师：那现象1是怎么回事呢？原来，我们这里用的太阳光源包含了垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且各个方向振动的光波强度都相同，这种光叫自然光。通过起偏器后，这种光就只能沿着一个特定方向振动，这种光叫做偏振光。横波只沿着某一个特定方向振动，称为波的偏振。只有横波才有偏振现象。

师：哪位同学能来解释刚才我们看到的三个现象呢？

（学生基本上能根据与机械波类比解释实验现象，并明确光是一种横波。）

师：其实，除了从太阳、电灯这样一些从光源直接发出的光外，通常看到的绝大部分光都是偏振光，反射光和折射光都是偏振光，且两者偏振方向相互垂直。

（三）偏振现象的应用

1．偏振滤光片

2．车灯玻璃和挡风玻璃

3．偏光眼镜

4．拍摄水面景物

5．液晶显示

（引导学生分析这些应用的原理，鼓励学生从生产生活中查找偏振应用实例，条件许可还可教学生自制偏振片。）

（四）激光的特点及其应用

1．物体发光的微观机理

物质中的原子受到激发以后，原子能量增加，处于不稳定状态，要向低能态跃迁。在向低能态跃迁的过程中，会发出光。

普通光源（白炽灯、日光灯、高压水银灯）的发光过程为自发辐射。各原子自发辐射发出的光彼此独立，频率、振动方向、相位不一定相同——为非相干光。

2．激光及其产生

（1）概念：激光准确内涵是“辐射的受激发射的光放大”。

（2）产生机理：原子受激辐射后发生跃迁。

某些物质的原子中的粒子受光或电刺激，使低能级的原子变成高能级原子，在向低能态跃迁时辐射出相位、频率、方向等完全相同的光，这种光叫做激光。

3．激光的发展史

1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。

1960年，美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。

1965年，第一台可产生大功率激光的器件——二氧化碳激光器诞生。

1967年，第一台Ｘ射线激光器研制成功。

4．激光的特点

相干性、平行度好、亮度高（能量高）

5．激光的应用

（1）相干性应用：光纤通讯、激光全息技术。

（2）平行度好：测距、测速（激光雷达测速）、信息存储和阅读（DVD、CD唱机、计算机光盘。

（3）亮度高（能量高）：工业切割、焊接；医学“光刀”、焊接；利用强激光产生的高压引发核聚变。

【课堂练习】

1．下列说法正确的是（）

A．机械波都能产生偏振现象

B．光的偏振现象说明光是横波

C．自然光不能产生偏振，说明自然光是纵波

D．光波的感光作用和生理作用等主要是由磁感应强度B的振动引起的

答案：B

2．纵波不可能产生的现象是（）

A．偏振现象

B．反射现象

C．折射现象

D．衍射现象

答案：A