高中物理 第5章 光的干涉 衍射 偏振 第3节 光的偏振知识导航素材 鲁科版选修3-4（通用）

高中物理 第5章 光的干涉 衍射 偏振 第3节 光的偏振知识导航素材 鲁科版选修3-4（通用）

第3节 光的偏振 ‎ 思维激活 你看过立体电影吗?电影中的精彩镜头让你心惊肉跳:火车向着你冲过来,从头顶上飞过去,凶猛的怪兽张牙舞爪地对着你飞奔而来……很惊险刺激,为什么立体电影会有这样神奇的效果?‎ 提示:这是应用了光的偏振现象.在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片.‎ 自主整理 一、偏振现象 ‎1.光的___________和___________现象表明光具有波动性,光的___________现象说明光是横波.‎ ‎2.自然光是指光振动在垂直于传播方向的平面内的分布是___________,偏振光是指在垂直于传播方向的平面内,只沿着___________的方向振动的光.‎ 二、偏振片 让自然光通过两个共轴的偏振片可以获得偏振光,第一个偏振片的作用是使光沿___________方向振动,叫___________,第二个偏振片的作用是只能通过与第一个透振方向相同的光,叫___________.‎ 三、偏振现象的应用 偏振现象的主要应用有_________________、___________________、_________________等等.‎ 高手笔记 ‎1.知识梳理 振动在垂直传播方向的平面内各方向分布是均匀的,这种光是自然光,太阳、电灯、蜡烛等普通光源发出的光都是自然光.‎ 自然光经偏振片后或经反射、折射后变成只在某一方向振动的偏振光.‎ ‎2.规律方法总结 偏振光只能透过偏振方向与它的振动方向平行的偏振片;光的偏振更进一步证实了光是一种波,一种横波.‎ 名师解惑 ‎1.怎样理解光波是横波?‎ 剖析:我们前面学过机械波,知道横波的特点,光波是横波,光的偏振现象证明了光波是横波.光的偏振现象并不是罕见的.我们通常看到的绝大部分光,除了从光源直接射过来的,基本上都不是自然光,只是我们的眼睛不能鉴别罢了.如果用偏振片去观察从玻璃或水面上反射的光,旋转偏振片发现透射光的强度也发生周期性的变化,从而知道反射光是偏振光.‎ ‎2.自然光和偏振光有什么区别?‎ 剖析:(1)自然光 从普通光源直接发出的自然光是无数偏振光的无规则集合,所以直接观察时不能发现光强偏于哪一个方向.这种沿着各个方向振动的光波强度都相同的光叫自然光.‎ 注意:偏振片是由特殊材料制成的,其“狭缝”用肉眼不能看见,它只允许振动方向与“狭缝”平行的光波通过.通过偏振片后,自然光就变成了偏振光.如图‎5-3-1‎所示,普通光源S发出的光经过偏振片时,后面的光屏是明亮的,说明光透过了偏振片,若转动偏振片,光屏上亮度不变,说明透过光的强度不变,由此可知,自然光沿着各个方向振动的光波的强度都相同.‎ 图‎5-3-1‎ ‎(2)偏振光 只沿着一个特定的方向振动的光叫偏振光.如经过偏振片后的自然光.若偏振光再经过一个偏振片后,情况会怎样呢?如图‎5-3-2‎所示,当两偏振片的“狭缝”平行时,光屏上仍有亮光.当两偏振片的“狭缝”相互垂直时,透射光的强度几乎为零,光屏上是暗的.如图5-3-3所示.‎ 图‎5-3-2‎ 图‎5-3-3‎ 结论:光是一种横波.‎ 上面第1块偏振片叫起偏器;‎ 第2块偏振片叫检偏器.‎ 讲练互动 ‎【例题1】在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q.在Q的后边放上光屏,以下说法正确的是（ ）‎ A.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度不变 B.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度时强时弱 C.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度不变 D.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度时强时弱 解析：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.‎ 答案：BD 绿色通道 正确理解偏振现象及其产生原因是解决本题的关键.自然光的起偏方式和起偏与检偏的实验是本节的重点,使我们对光的波动性有了更直观的认识.‎ 变式训练 ‎1.两个偏振片紧靠在一起,将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过.如果将其中的一片旋转180°,在旋转过程中,将会产生下述的哪一种现象（ ）‎ A.透过偏振片的光强度先增强,然后又减少到零 B.透过的光强度先增强,然后减少到非零的最小值 C.透过的光强度在整个过程中都增强 D.透过的光强度先增强,再减弱,然后又增强 解析:起偏器和检偏器的偏振方向垂直时,没有光通过;偏振方向平行时,光强度达到最大.当其中一个偏振片转动180°的过程中,两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直,所以通过的光先增强,又减小到零.‎ 答案:A ‎【例题2】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(肉眼对此不能感受),但光的强弱没有改变.‎ 月亮和黑板反射的光已经是偏振光,它们通过偏振片透射过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 绿色通道 正确区分自然光和偏振光是回答此题的关键,自然光经反射、折射后变成了偏振光.‎ 变式训练 ‎2.下列说法正确的是（ ）‎ A.自然光就是白光 B.自然光一定是复色光 C.单色光不是自然光 D.自然光可以是单色光,也可以是复色光 解析:要把自然光、偏振光的概念与复色光、单色光的概念区别看,复色光和单色光都可以是自然光,也可以是偏振光.例如:红色的光源发出的红光是自然光,经偏振片后就可能变成红色的偏振光.所以正确选项为D.‎ 答案:D 体验探究 ‎【问题】偏振光的实验探究 实验前的准备:寻找几件带有液晶显示器的废旧物件,例如数字式电子表、空调遥控器、数字调谐收音机、计算器、数字多用表、带液晶显示的玩具等,小心取下其中液晶显示器最前面的一块塑料片,这就是一个偏振片.用这样的偏振片研究光的偏振,装置简单,效果好.‎ ‎1.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?‎ ‎2.通过偏振片观察玻璃表面、光滑桌面反射来的灯光或窗外的光,同时转动偏振片.你感觉到的明暗有没有明显的变化?玻璃表面、光滑桌面反射的光是偏振光吗?‎ ‎3.将偏振片叠放在数字式电子表的液晶显示屏上,观察显示屏亮度的变化.为什么不同方向放置时会有不同的亮度?‎ 导思:充分准备,仔细观察,亲身体验,归纳总结出太阳光、反射光通过偏振片后的不同,进一步认识自然光、偏振光及其实例.‎ 探究:1.无明显变化.因为自然光包含在垂直传播方向上一切方向的光,且沿各个方向振动的光波的强度相同.‎ ‎2.明暗有明显变化.因为玻璃表面、光滑桌面的反射光及玻璃折射的光都是偏振光.‎ ‎3.因为电子表的液晶数字显示屏上、下两板面处有两片偏振片,将偏振片放置在显示屏上,使进入上表面的光的强度发生变化,导致显示屏亮度变化.‎ 教材链接 ‎【讨论和交流】(课本第107页)‎ 在我们身边还有哪些应用偏振现象的例子?通过调查收集具体事例,讨论它们是怎样应用偏振光的.‎ 答:1.在摄影镜头前加上偏振镜消除反光 在拍摄表面光滑的物体,如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等时,常常会出现耀斑或反光,这是由于光线的偏振而引起的.在拍摄时加上偏振镜,并适当地旋转偏振镜面,能够阻挡这些偏振光,借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑.要通过取景器一边观察一边转动镜面,以便观察消除偏振光的效果,当观察到被摄物体的反光消失时,即可以停止转动镜面.‎ ‎2.摄影时控制天空亮度,使蓝天变暗 由于蓝天中存在大量的偏振光,所以用偏振镜能够调节天空的亮度,加用偏振镜以后,蓝天变得很暗,突出了蓝天中的白云.偏振镜是灰色的,所以在黑白和彩色摄影中均可以使用.‎ ‎3.使用偏振镜看立体电影 在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片.‎ ‎4.偏振太阳镜 戴上用偏振片制作的偏振太阳镜,可以有效消除在柏油马路和湖面上反射的耀眼的炫光,减小视觉疲劳,同时所见景物的色彩也显得柔和浓重.‎