普通高中物理选择性必修一 第四章第6节 光的偏振 激光

关于普通高中物理选择性必修一 第四章第6节光的偏振激光的竖屏导图，包括光的偏振及其应用、激光、立体电影等内容，供备课参考。

• 普通高中物理选择性必修一 第四章第6节 光的偏振 激光
• 内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第一册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
• 偏振
• 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？
• 波
  • 横波
    • 在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。
  • 纵波
    • 在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上。
• 偏振
  • 偏振现象
    • 不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同，这个现象称为偏振现象。
    • 例：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。
      • 横波的振动方向称为“偏振方向”
  • 让绳穿过一块带有狭缝的木板
    • 狭缝与振动方向平行放置
      • 绳上的横波能穿过狭缝
    • 狭缝与振动方向垂直放置
      • 绳上的横波不能穿过狭缝
  • 偏振是横波才有的现象
    • • 在一条弹簧上传播的纵波，无论狭缝的取向如何，波都能穿过。
• 光的偏振
• 光的偏振
  • 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，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”。
    • 只要光的振动方向不与透振方向垂直，它都可以不同程度地通过偏振片，不过强度要比振动方向与透振方向平行的光弱一些。
    • 偏振片对光波的作用就像狭缝对机械波的作用一样，真实的偏振片上并没有这样的狭缝。
    • 光是一种横波
• 演示
  • 观察光的偏振现象
    • • 让阳光或灯光通过偏振片P，在P的另一侧观察。
        • 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P，观察透射光强度变化。
      • 在偏振片P的后面再旋转另一块偏振片Q
        • 以光的传播方向为轴旋转Q，观察通过两块偏振片的透射光的强度变化。
• 自然光
  • 太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光都是自然光。
  • 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。
  • 自然光通过偏振片时，只有振动方向与偏振片的透振方向一致的光波才能顺利通过，因而自然光通过偏振片之后就成了偏振光。
• 偏振光
  • 光波在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫作偏振光。
  • 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。
• 偏振现象的应用
• 偏振滤光片
  • 摄影师在拍摄池中游鱼、玻璃橱窗里的陈列物时，由于水面和玻璃表面的反射光的干扰，景象会不清楚。
  • 在照相机镜头前装一片偏振滤光片，转动滤光片，让它的透射方向与水面和玻璃表面的反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰。
• 做一做
  • 将一块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，感觉明暗是否有明显的变化。
  • 透过偏振片观察玻璃表面、光滑桌面反射的自然光。
    • 转动偏振片，感觉明暗是否有明显的变化。
    • 玻璃表面、光滑桌面反射的光是偏振光吗？
  • 透过偏振片观察手机等液晶屏幕上的字。
    • 你有什么发现？
• 激光的特点及其应用
• 光是从物质的原子中发射出来的。原子获得能量能以后处于不稳定状态，它会以光的形式把能量发射出去。
• 普通光源
  • 例如白炽灯
    • 灯丝中某个原子在什么时刻发光、在哪个方向偏振，完全是随机的，发出的光传播方向各异、频率也不一定相同，这导致不同原子发出的光没有确定的相位差。
    • 普通光源发出的自然光是许多频率、相位、偏振以及传播方向各不相同的光的杂乱无章的混合。
    • 两个独立的普通光源发出的光不会发生干涉。
• 激光
  • 激光是一种频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波。
    • 1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了。
    • 激光的诞生使人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源。
    • 迄今人类已经制造了各种类型的激光器，比如：气体激光器、半导体激光器、染料激光器、宝石激光器，等等。
    • 人类还在努力实现更多种类的激光，比如：频率远高于可见光、与X射线接近的超高频率激光。
    • 激光被广泛地应用于生产生活和科学研究中。
      • 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。
      • 以激光为光源，可以深入研究原子、分子和固体材料的光谱，从而了解这些物质的结构。
      • 利用激光，可以研究分子的运动和化学反应的过程。
      • 利用激光制作的高精度光钟，实现对频率和时间的超高精度测量。
  • 激光的特点
    • 激光具有高度的相干性
      • 双缝干涉实验和衍射实验，用激光要比自然光更容易完成。
    • 激光的平行度非常好
      • 激光可以用来进行精确的测距。对准目标发出一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到反射回波的时间间隔，就可以求出目标的距离。
      • 利用激光测量地球到月球的距离，准确度达到厘米级别。
      • 廉价的激光测距装置已经被应用到房屋装修等日常生活中。
      • 利用激光束等各种实用的指向设备，为枪械、火炮、导弹等武器提供目标指引。
    • 激光的亮度很高
      • 激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。
      • 可以利用激光束切割、焊接，以及在很硬的材料上打孔。
      • 医学上用激光做“光刀”来切开皮肤、切徐肿瘤，还可以用激光“焊接”剥落的视网膜。
• 科学漫步 立体电影和偏振光
• 观看立体电影（3D电影）时，观众戴的眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片。
• 人眼看物
  • 人的两只眼睛同时观察一个物体时，两眼看到的两个像并不完全相同。
    • 左眼看到物体的左侧面较多，右眼看到物体的右侧面较多，这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近，从而产生立体感。
• 立体电影
  • 原理
    • 拍摄时
      • 用两个镜头如人眼那样从两个不同方向同步拍摄景物的像，制成电影胶片。
    • 放映时
      • 通过两架放映机，同步放映两组胶片，使略有差别的两幅图像重叠在银幕上。
      • 每架放映机前还要安装一块偏振片。左右两架放映机前的偏振片的透振方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。
      • 两束偏振光投射到银幕上再反射到观众那里，偏振方向不变。
      • 观众用偏振眼镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图像，即左眼只看到左机映出的画面，右眼只看到右机映出的画面，这样就会像直接观看物体那样产生立体感。
  • 实际
    • 拍摄立体电影时只用一架摄影机，让它通过两个窗口（相当于人的双眼）交替拍摄，两套图像交替地印在同一条电影胶片上。
    • 放映时也只用一架放映机，把两套图像交替地映在银幕上。
• 亿图脑图MindMaster