2019-2020年高中物理 第13章 第6节 光的偏振同步练习 新人教版选修3-4
2019-2020年高中物理第13章第6节光的偏振同步练习新人教
版选修3-4
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．关于自然光和偏振光，下列观点正确的是( )
A．自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光却不能
B．只有自然光透过偏振片才能获得偏振光
C．自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光
D．自然光和偏振光都能使感光底片感光
答案：D
解析：光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光，而振动沿着特定方向的光就是偏振光，但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射，所以A错。光的偏振现象并不罕见，除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光，所以B错。光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，所以C错。自然光和偏振光都具有能量，都能使感光片感光。
2．在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是( ) A．减弱反射光，从而使景物的像清晰
B．增强反射光，从而使景物的像清晰
C．增强透射光，从而使景物的像清晰
D．减弱透射光，从而使景物的像清晰
答案：A
解析：由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊，装上偏振片的目的是减弱反射光，且透振方向与反射光的振动方向垂直，但不能增强透射光。
3．如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧。旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是( )
A．A、B均不变B．A、B均有变化
C．A不变，B有变化D．A有变化，B不变
答案：C
解析：白炽灯发出的光为自然光，通过偏振片P后产生偏振光，旋转P，A处光的强度不变，当P与Q的偏振方向一致时B点光的强度最大。当P与Q的偏振方向垂直时B点光的强度最小，所以选项C正确。
4．P是一偏振片，P的透振方向(用带箭头的实线表示) 为竖直方向。下列四种入射光束中哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光？( )
A．太阳光B．沿竖直方向振动的光
C．沿水平方向振动的光D．沿与竖直方向成45°角振动的光
答案：ABD
解析：只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片。太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片。
5．如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入
射光方向，看不到光亮，则( )
A．图中a光为偏振光
B．图中b光为偏振光
C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮
D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮
答案：BD
解析：自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只有沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光，则A错；它通过A偏振片后，即变为偏振光，则B对；设通过A的光沿竖直方向振动，若B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，将B转过180°时，P处仍无光亮，即C错；若将B转过90°，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，D对。
二、非选择题
6．将手电筒射出的光照到平面镜上，发生反射后，再用偏振片观察反射光，发现旋转偏振片时有什么现象？说明什么？
答案：当旋转偏振片时，观察到旋转偏振片时亮度变化，说明反射光是偏振光。
7．如图所示，杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？简单说明理由。
(1)在单色自然光源S后加一偏振片P。
(2)在(1)情况下，再加P1、P2，P1与P2透射光方向垂直。
答案：(1)能。到达S1、S2的光是从同一线偏振光分解出来的，它们满足相干条件，能
看到干涉条纹，且由于线偏振片很薄，对路程差的影响可忽略，干涉条纹的位置与间距和没有P 时基本一致，只是强度由于偏振片的吸收作用而减弱。
(2)不能。由于从P 1、P 2射出的光方向相互垂直，不满足干涉条件，故光屏E 被均匀照亮，但无干涉现象。
能力提升
一、选择题(1题为单选题，2～4题为多选题)
1．一束光由真空入射到平面玻璃上，当其折射角为30°时，反射光和折射光恰好是振动方向互相垂直的偏振光。因此，可以推断出玻璃的折射率为( )
A ． 2
B ． 3
C ．32
D ．33
答案：B
解析：由题意推断此时的入射角为60°，根据公式n ＝sin60°sin30°
＝3。 2．“假奶粉事件”曾经闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定糖量。偏振光通过糖水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标度值相比较，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，最后将被测样品P 置于A 、B 之间，则下列说法中正确的是( )
A ．到达O 处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 处光强度最大，偏振片B 转过的角度等于α
D ．将偏振片A 转动一个角度，使得O 处光强度最大，偏振片A 转过的角度等于α 答案：ACD
解析：A 、B 之间不放糖溶液时，自然光通过偏振片A 后，变成偏振光，通过B 后到O .当在A 、B 间放糖溶液时，由于溶液的旋光作用，使通过A 的偏振光振动方向转动了一定角度，到达O 处的光强会明显减弱；但当B 转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时，O 处光强又为最强，故B 的旋转角度即为糖溶液的旋光度；因为A 、B 的偏振方向一致，故转动偏振片A 也可以。
3.如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，让太阳光或白炽灯光通过狭缝S 形成细光
束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心)，产生反射光束1和透射光束2。现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于纸面的轴线转动，使反射光束1和透射光束2恰好垂直。在入射光线的方向上加偏振片P，偏振片与入射光线垂直，其透振方向在纸面内，这时看到的现象是( )
A．反射光束1消失
B．透射光束2消失
C．反射光束1和透射光束2都消失
D．偏振片P以入射光线为轴旋转90°角，透射光束2消失
答案：AD
解析：自然光射到界面上，当反射光与折射光垂直时，反射光和折射光的偏振方向相互垂直，且反射光的偏振方向与纸面垂直，折射光的透振方向与纸面平行，因此当在入射光线方向垂直放上透振方向在纸面内的偏振片P时，因垂直于纸面无光；反射光束1消失，A正确，B，C均错误；偏振片转动90°，平行于纸面内的光消失，则透射光束2消失，D正确。
4.如图所示是一种利用温度敏感光纤测量物体温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的偏振方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化。关于这种温度计的工作原理，正确的说法是( )
A．到达检偏器的光的偏振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大
B．到达检偏器的光的偏振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小
C．到达检偏器的光的偏振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越大，表示温度变化越小
D．到达检偏器的光的偏振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越大，表示温度变化越大
答案：AC
解析：温度变化越大，光纤的各个物理参量变化越大，光的偏振方向变化越大，光接收
器接收的光强度会越小。
二、非选择题
5．一束光由真空入射到平面玻璃上，当其折射角为30°时，反射光恰好发生完全偏振(反射光线与折射光线垂直)，由此可以计算出玻璃的折射率是多少？此时的入射角称为起偏角，也叫布儒斯特角，试求折射率为n 的介质的布儒斯特角的通用表达式。 答案： 3 θ1＝arctan n
解析：光由空气进入玻璃，光路图如图所示，根据折射定律可得n ＝sin θ1sin θ2
，而θ1＋θ2
＝90°
所以n ＝sin θ1
sin θ2
＝cot θ2 由题意知θ2＝30° n ＝cot30°＝ 3
所求的布儒斯特角为θ1，所以由n ＝sin θ1sin θ2
＝tan θ1 可得表达式为θ1＝arctan n
2019-2020年高中物理 第13章 第7、8节 光的颜色 色散同步练习
新人教版选修3-4
一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)
1．下列现象中可以用薄膜干涉来解释的是( )
A ．雨后的彩虹
B ．水面上的油膜在阳光照射下呈彩色
C ．透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色
D ．荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮
答案：B
解析：雨后的彩虹是色散现象，故选项A 错误；透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色是衍射现象，故选项C 错误；水珠在阳光下晶莹透亮是全反射的结果，故选项D 错误；油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果，故选项B 正确。
2．用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是( )
A ．当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°
B ．当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°
C ．当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°
D ．干涉条纹保持原来状态不变
答案：D
解析：金属丝圈在竖直平面内缓慢旋转时，不影响薄膜上薄下厚的分布，因而干涉条纹保持原来状态不变，D 对。
3．实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n 随着波长λ的变化符合科西经验公式：n ＝A ＋B λ2＋C
λ4，其中A 、B 、C 是正的常量。太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示。则( )
A ．屏上c 处是紫光
B ．屏上d 处是红光
C ．屏上b 处是紫光
D ．屏上a 处是红光
答案：D
解析：太阳光中红光波长最长，紫光波长最短，则紫光折射率最大，红光折射率最小，所以紫光偏折程度最大，对应屏上d 处，红光偏折程度最小，对应屏上a 处。
4．(福州八县一中xx ～xx 学年高二下学期期末联考)以下关于偏振片和增透膜的说法正确的是( )
A ．拍摄水下景物时，为减小光在水面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一增透膜
B ．为减小光在照相机镜面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一偏振片
C ．照相机的增透膜厚度通常为λ/2
D ．3D 立体电影充分利用了光的偏振原理
答案：D
解析：水面的反射光是偏振光，减弱偏振光的影响，应该加偏振片，故选项A 错误；照相机镜头前应加增透膜，以减小反射光，故选项B 错误；增透膜的厚度通常为绿光在增透膜
这种介质中的波长的14
，故选项C 错误；3D 立体电影充分利用了光的偏振原理，故选项D 正确。
5．将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA
分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的( )
A ．单色性好
B ．平行度好
C ．粒子性
D ．高能量
答案：BD
解析：激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官。
6．如图所示，从点光源S 发出的一束细白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab 间形成一条彩色光带。下面的说法中正确的是
( )
A ．在三棱镜中a 侧光的传播速率大于b 侧光的传播速率
B ．b 侧光更容易产生衍射现象
C ．若改变白光的入射角，在屏上最先消失的是b 侧光
D ．通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距Δx a >Δx b
答案：B
解析：根据色散形成的光谱，可知f a >f b ，λa <λb ，所以b 更容易产生衍射，故B 正确；n a >n b ，根据n ＝c v ，所以v a ，所以b 光的临界角大，a 光更容易发生全反射，故选项C 错误；根据Δx ＝l d λ可知，Δx a <Δx b ，故选项D 错误。 二、非选择题 7．雨后公路的积水上漂着薄薄的油层，看上去有许多彩色花纹，其中有一条绿色花纹与一条蓝色花纹相邻。在这两条花纹处，哪里的油层更薄些？为什么？ 解析：根据光干涉出现亮纹的条件知，路程差k λ＝L 2－L 1＝2nd (d 为膜厚度)，相邻两条绿纹与蓝纹的k 值相同，而λ绿>λ蓝，所以在这两条花纹处蓝纹所对应的油层更薄些。 能力提升 一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题) 1．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，A 正确，B 、C 、D 错误。 2.两个完全相同的等腰三棱镜如图所示放置，相邻两侧面相互平行，一束白光从棱镜A 的左面入射， 从B 的右面出射，则出射光线是( ) A ．一束白光 B ．白光带 C ．散射彩色带 D ．平行彩色带 答案：D 解析：各色光经两等腰棱镜折射的光路图如图所示。各色光经多次折射但由于两棱镜相邻两侧面平行，所以各色光出射光线与入射光线平行，最后出射光线是平行彩色带。 3．(物理与日常生活)市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(氟化镁)，这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( ) A ．18 λ B ．14λ C ．12 λ D ．λ 答案：B 解析：为减小反射的热效应显著的红外线，则要求红外线在薄膜的前后表面反射后叠加 作用减弱，即路程差为半波长的奇数倍，故薄膜的最小厚度为红外线在该薄膜中波长的14 。 4.劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图(a)所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图(b)所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图(a)装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹( ) A ．变疏 B ．变密 C．不变D．消失 答案：A 解析：干涉条纹是由空气薄膜的上下两个表面反射的光线叠加而成的，当抽去一张纸片后，劈形空气薄膜倾角减小，相邻明条纹(或暗条纹)必须变疏才能符合所在位置下面对应的薄膜厚度差跟原先一样，故A正确。 5．激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船。激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的( ) A．单色性好B．平行度好 C．高能量D．相干性好 答案：BC 解析：激光的平行度好且亮度高，可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量，这样可以给火箭提供高能量。 6．一复色光中只含有a、b两种单色光，用该复色光照射一竖直理想透明薄膜(膜层厚度从零开始，上薄下厚)时，得到如图所示的干涉图样。若用此复色光通过玻璃半球射向空气，下列四个光路图中可能符合实际情况的是( ) 答案：AD 解析：根据薄膜干涉图象，可知λa<λb，所以a光的折射率大，故选项A、D正确。 二、非选择题 7．用三棱镜可使阳光折射成一条彩色光谱带，如图所示，请回答下列问题： (1)B、C、D区域分别是什么色光区？ (2)将一瓶绿藻放在A处，则B、C、D哪一处变暗？ (3)将一瓶绿藻放在B、C、D的哪一位置上，就会严重影响它的生长？ 解析：(1)B为红光区，C为绿光区，D为蓝光区 (2)由绿藻呈绿色可知其对绿光的吸收最弱，故B和D处变暗。 (3)由(1)可知，C为绿光区，故绿藻只能得到极少量可利用的光来进行光合作用，因而会严重影响其生长。 高中物理选修3-4光章节检测带答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 2017年01月21日阿甘的高中物理组卷 一．填空题（共1小题） 1．如图，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角I入射，第一次到达AB边恰好发生全反射，已知θ=15°，BC边长为2L，该介质的折射率为，求： （i）入射角i； （ii）从入射角到发生第一次全反射所用的时间（设光在真空中的速度为v，可能用到sin75°=或sin15°=2﹣） 二．解答题（共17小题） 2．如图所示为某透明介质的截面图，截面可看做由四分之一个圆面ABO和一个长方形BCDO组成，AO=2DO=R，一束光线在弧面AB的中点E沿垂直于DC 边方向射入，折射光线刚好到达D点，求： （i）介质对光的折射率； （ii）光在介质中从E传到D所用的时间（光在真空中的速度为c）． 3．如图所示，一个足够大的水池盛满清水，水深h=4m，水池底部中心有一点光源A，其中一条光线斜射到水面上距A为l=5m的B点时，它的反射光线与折射光线恰好垂直． （1）求水的折射率n； （2）用折射率n和水深h表示水面上被光源照亮部分的面积（圆周率用π表示）． 4．半径为R的固定半圆形玻璃砖的横截面如图所示，O点为圆心，OO′为直径MN的垂线．足够大的光屏PQ紧靠在玻璃砖的右侧且与MN垂直．一束复色光沿半径方向与OO′成θ=30°角射向O点，已知复色光包含有折射率从n1=到n2=的光束，因而光屏上出现了彩色光带． （ⅰ）求彩色光带的宽度； （ⅱ）当复色光入射角逐渐增大时，光屏上的彩色光带将变成一个光点，求θ角至少为多少？ 5．如图所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径．来自B点的光线BM在M点射出，出射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射．已知∠ABM=30°，求 ①玻璃的折射率． ②球心O到BN的距离． 2020高考物理一轮复习精品教案集光的偏振全反射 激光 角；光线由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)，折射角大于入射角． 既然光线由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，由此能够预料，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到90°，假如入射角再增大，会显现什么情形呢？ 演示Ⅱ将半圆柱透镜的半圆一侧靠近激光光源一侧，使直平面垂直光源与半圆柱透镜中心的连线，点燃烟雾发生器中的烟雾源置于激光演示仪中，将接线板接通电源，打开激光器的开关．一 束激光垂直于半圆柱透镜的直平面入射，让学生观看．我们研究光从半圆柱透镜射出的光线的偏折 情形，现在入射角0°，折射角亦为零度，即沿直线透出，当入射角增大一些时，现在，会有柔弱 的反射光线和较强的折射光线，同时可观看出反射角等于入射角，折射角大于入射角，随着入射角 的逐步增大，反射光线就越来越强，而折射光线越来越弱，当入射角增大到某一角度，使折射角达 到90°时，折射光线完全消逝，只剩下反射光线．这种现象叫做全反射． (2)临界角C．折射角等于90°时的入射角叫做临界角，用符号C表示．光从折射率为n的某 种介质射到空气(或真空)时的临界角C确实是折射角等于90°时的入射角，依照折射定律可得： (3)发生全反射的条件． ①光从光密介质进入光疏介质； ②入射角等于或大于临界角． 3．对全反射现象的讲明． (1)引入新课的演示实验Ⅰ．被蜡烛熏黑的光亮铁球外表面附着一层未燃烧完全的碳蜡混和物， 对水来讲是不浸润的，当该球从空气进入水中时，在其外表面上会形成一层专门薄的空气膜，当有 光线透过水照耀到水和空气界面上时，会发生全反射现象，而正对小球看过去会显现一些较暗的区 域，这是入射角小于临界角的区域，明白了那个道理再来看那个实验，学生会有另一番感受． (2)让学生观看自行车尾灯．用灯光来照耀尾灯时，尾灯专门亮，也是利用全反射现象制成的 仪器．在讲完全反射棱镜再来体会它的原理就更清晰了．可先让学生观看自行车尾灯内部的结构， 回想在夜间看到的现象．引导学生注意生活中的物理现象，用科学知识来讲明它，从而更好的利用 它们为人类服务． (3)用激光演示仪的激光光源演示光导纤维传播光的现象，或用弯曲的细玻璃棒进行演示，配 合作图来讲明现象： 从细玻璃棒一端射进棒内的光线，在棒的内壁多次发生全反射，沿着锯齿形路线由棒的另一端传了出来，玻璃棒就像一个能传光的管子一样． 实际用的光导纤维是专门细的特制玻璃丝，直径只有几μm到100μm左右，而且是由内心和外套两层组成的，光线在内心外套的界面上发生全反射，假如把光导纤维集合成束，使其两端纤维 排列的相对位置相同，如此的纤维就能够传递图像． (4)让学生阅读大气中的光现象——蒙气差，海市蜃楼，沙漠里的蜃景． 小结 1．全反射现象是专门重要的光学现象之一，产生全反射现象的条件是：①光从光密介质射到它与光疏介质的界面上，②入射角等于或大于临界角．这两个条件差不多上必要条件，两个条件都 满足就组成了发生全反射的充要条件． 2．全反射的应用在实际生活中是专门多的．在用全反射的知识讲明时，专门要注意是否满足两个条件．回答这类咨询题要注意逻辑推理，一样是依据条件要表达清晰，依照要给充分，结论要 《光的偏振》计算题 1. 将三个偏振片叠放在一起，第二个与第三个的偏振化方向分别与第一个的偏振化方向成45?和90?角． (1) 强度为I 0的自然光垂直入射到这一堆偏振片上，试求经每一偏振片后的光强和偏振状态． (2) 如果将第二个偏振片抽走，情况又如何？ 解：(1) 自然光通过第一偏振片后，其强度 I 1 = I 0 / 2 1分 通过第2偏振片后，I 2＝I 1cos 245?＝I 1/ 4 2分 通过第3偏振片后，I 3＝I 2cos 245?＝I 0/ 8 1分 通过每一偏振片后的光皆为线偏振光，其光振动方向与刚通过的偏振片的偏振化方向平 行． 2分 (2) 若抽去第2片，因为第3片与第1片的偏振化方向相互垂直，所以此时 I 3 =0. 1分 I 1仍不变． 1分 2. 两个偏振片叠在一起，在它们的偏振化方向成α1＝30°时，观测一束单色自然光．又在α2＝45°时，观测另一束单色自然光．若两次所测得的透射光强度相等，求两次入射自然光的强度之比． 解：令I 1和I 2分别为两入射光束的光强．透过起偏器后，光的强度分别为I 1 / 2 和I 2 / 2马吕斯定律，透过检偏器的光强分别为 1分 1211 cos 21αI I =', 2222cos 2 1αI I =' 2分 按题意，21I I '='，于是 222121cos 2 1cos 21ααI I = 1分 得 3/2cos /cos /221221==ααI I 1分 3. 有三个偏振片叠在一起．已知第一个偏振片与第三个偏振片的偏振化方向相互垂直．一束光强为I 0的自然光垂直入射在偏振片上，已知通过三个偏振片后的光强为I 0 / 16．求第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向之间的夹角． 解：设第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向间的夹角为θ．透过第一个偏 振片后的光强 I 1＝I 0 / 2． 1分 透过第二个偏振片后的光强为I 2，由马吕斯定律， I 2＝(I 0 /2)cos 2θ 2分 透过第三个偏振片的光强为I 3， I 3 ＝I 2 cos 2(90°－θ ) = (I 0 / 2) cos 2θ sin 2θ = (I 0 / 8)sin 22θ 3分 由题意知 I 3＝I 2 / 16 所以 sin 22θ = 1 / 2， () 2/2sin 211-=θ＝22.5° 2分 4. 将两个偏振片叠放在一起，此两偏振片的偏振化方向之间的夹角为o 60，一束光强为I 0 的线偏振光垂直入射到偏振片上，该光束的光矢量振动方向与二偏振片的偏振化方向皆成30°角． (1) 求透过每个偏振片后的光束强度； (2) 若将原入射光束换为强度相同的自然光，求透过每个偏振片后的光束强度． 物理人教版高中选修3-4《光的偏振》教 学设计 《光的偏振》教学设计 江西石城中学：温树平 342700 教材内容：新课标人教版选修3-4 第十三章第六节《光的偏振》高二年级 教学目标： 一．知识目标： 1．知道振动中的偏振现象，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，知道光的偏振说明光是横波二．能力目标： 1．学习科学研究的思维方法，体会科学发展的严密性。 2．培养学生为问题设计实验、通过实验现象总结结论的能力。三．情感目标： 1. 培养良好的物理实验习惯，学会用理论指导实践，用实验来验证理论． 2. 知道在学习物理的过程中，做好实验的重要性． 教学重难点： 重点： 1. 使学生了解偏振现象及运用光的偏振知识来解释一些常见的光学现象 2. 知道只有横波才有偏振现象，知道光有偏振现象所以光是一种横波 难点： 通过两个演示实验让学生接受光有偏振现象，因为偏振是学生接触的一个新概念，所以做好演示实验并通过设疑如何引导学生思考、讨论、类比、推理、判断得到结论是本节教学的关键和突破口。 教学方法： 教学是教师教学生学的双边活动，教师在课前必须对学生有一定了解。高二学生已经具有一定的抽象思维能力，但光的偏振现象对他们来说是完全陌生而又抽象的，而机械波的偏振现象相对形象些。故要本着由浅入深，新旧联系，全面系统的原则去讲课，先做好机械波模拟实验，使学生认识机械波的偏振，进而认识偏振是横波特有的现象作为知识铺垫后然后再做光的偏振实验，在分析光的偏振实验时，要引导学生理解实验的设计思路且与机械波实验相类比。偏振现象的应用属于了解性的，采用老师用幻灯片展示语言介绍，学生分析思考的方法，而不让学生课前预习查找，减轻学生课外学习负担，同时让学生知道光偏振并不是陌生的，而是在生产生活中很常见，激发学习兴趣。由于光的偏振现象的抽象性及学生的抽象思维能力有限，所以在教学中主要采用教师设疑，学生探讨的问题探究教学模式，让学生观察、思考、讨论，充分发表意见，这样既有利于突出重点，化解难点，又充分发挥了学生的主体性。教具：长绳、长轻弹簧、有狭缝的纸板、激光源、偏振片、powerpoint课件、flash课件、有摄像头的电脑 教学过程： 高中物理选修3-4 光学部分 光既具有波动性，又具有粒子性；光是一种电磁波。 阳光能够照亮水中的鱼和水草，同时我们也能通过水面看到烈日的倒影；这说明光从空气射到水面时，一部分光射进水中，另一部分光被反射回到空气中。 一般说来，光从一种介质射到它和另种分界面时，一部分光又回到这种介质中的现象叫做光的反射；而斜着射向界面的光进入第二种介质的现象，叫做光的折射。 1.光的反射定律： 实验表明：光的反射遵循以下规律 a 、 反射光线和入射光线、界面的法线在同一平面内，反射光 线和入射光线分别们于法线的两侧。 b 、 反射角等于入射角。（i=i ‘） 在反射现象中，光路是可逆的。 2.光的折射定律： 入射光线和法线的夹角i叫做入射角；折射光线和法线的夹角r叫做折射角；反射光线和法线的夹角i‘叫做反射角。 光的折射定律可这样表示： a、折射光线跟入射光线和界面的法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别们 位于法线的两侧。 b、入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常量，即：sini/sinr=n 在折射现象中，光路也是可逆的。 3.折射率： 由折射定律可知：光从一种介质射入另一种介质时，尽管折射角的大小随着入射角的大小在变化，但是两个角的正弦之比是个常量，对于水、玻璃等各种介质都是这样，但是，对于不同介质，比值n的大小并不相同，例如，光从空气射入水时这个比值为1.33，从空气射入普通玻璃时，比值约为1.5。因此，常量n是一个能够反映介质的光学性质的物理量，我们把它叫做介质折射率。 光在不同介质中的传播速度不同（介质n越大，光传播速度越小）。某种介质的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比，即：n=c/v 注意：1.真空中的折射率n=1(空气中一般视为真空)，其他介质的折射率n>1。 2. 通过比较入射角i和折射角r的大小判断入射介质和折射介质的折射率大小， 当i>r时，n入 大学物理授课教案第十六章光的偏振 第十六章光的偏振 光的干涉现象和衍射现象都证实光是一种波动，即光具有波的特性，但是，不能由此确定光是纵波还是横波，因为无论纵波和横波都具有干涉和衍射现象。实践中还发现另一类光学现象，不但说明了光的波动性，而且进一步说明了光是横波，这就是“光的偏振”现象，因为只有横波才具有偏振现象。 自然光和偏振光马吕斯定律 §16-1 自然光和偏振光马吕斯定律 一．自然光 我们知道，光波是一种电磁波。电磁波是变化的电场和变化的磁场的传播过程，并且它是横波。 在光波中每一点都有一振动的电场强度矢量→ E和磁场强度矢量 → H， → E、 → H及光波 传播方向→ K的方向是互相垂直的，如图： 图16-1 →E、→ H中能够引起感光作用和生理作用的是电场强度矢量 → E，所以将 → E称为光矢 量。 在除激光外的一般光源中，光是由构成光源的大量分子或原子发出的光波的合成。由于发光的原子或分子很多，不可能把一个原子或分子所发射的光波分离出来，因为每个分子或原子发射的光波是独立的，所以，从振动方向上看，所有光矢量不可能保持一定的方向，而是以极快的不规则的次序取所有可能的方向，每个分子或原子发光是间歇的，不是连续的。平均地讲，在一切可能的方向上，都有光振动，并且没有一个方向比另外一个方向占优势，即在一切可能方向上光矢量振动又相等。 1、自然光 在一切可能的方向上都具有光振动，而各个方向的光矢 量振动又相等。如下图所示，自然光中 E 2、自然光表示方法 在任意时刻，我们可以把各个光矢量分解成两个互相垂直的光矢量，如下图所示。为了简明表示光的传播常用和传播方向垂直的短线表示图面内的光振动，而用点子表示和图面垂直的光振动。如下图所示，对自然光，短线和点子均等分布，以表示两者对应的振动相等和能量相等。 注意：由于自然光中光矢量的振动的无规则性，所以这个互相垂直的光矢量之间 没有固定的位移差。 二．线偏振光 1、线偏振光 由上可知，自然光可表示成二互相垂直的独立的光振动，实验指出，自然光经过某些物质反射、折射或吸收后，只保留沿某一方向的光振动。 如果只会有单一方向的光振动，则此光束称为线偏振光（或完全偏振光或平面偏振 光）。 2、线偏振光的表示方法 定义 ：偏振光的振动方向与传播方向组成的平面称为振动面。 图 16-2 图 16-3 光振动垂直图面） (K 图 16-5 图 16-4 电气系\计算机系\詹班 《大学物理》（光的偏振）作业5 一．选择题 1. 两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射时没有光线通过。当其中一偏振片以入射光线为轴慢慢转动180°时透射光强度发生的变化为 (A) 光强单调增加； (B) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零 (C) 光强先增加，后又减小至零； (D) 光强先增加，后减小，再增加。 【 D 】 2．一束光强为I 0的自然光，相继通过三个偏振片P 1、P 2、P 3后，出射 光的光强为I= I 0/8，已知P 1和P 3的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转P 2，要使出射光的光强为零，P 2最少要转过的角度是 （A ）30° （B ）45° （C ）60° （D ）90° [ B ] [参考解] 设P 1与 P 2的偏振化方向的夹角为α ，则 82sin 8sin cos 2020220I I I I === ααα ，所以4/πα=，若I=0 ，则需0=α或πα= 。可得。 3．一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为 （A ）1/2 （B ）1/5 （C ）1/3 （D ）2/3 【 A 】 4．自然光以60°的入射角照射到某两介质交界面时，反射光为完全偏振光，则知折射光为 （A ）完全偏振光且折射角是30° （B ）部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为3的介质时，折射角是30° （C ）部分偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射角 （D ）部分偏振光且折射角是30° 的方向始终在一个平面中，若迎着光传播的方向看，在垂直传播方向的平面内，只有一个方向有振动，其他方向没有。线偏振光又称平面偏振光。 （2）振动面：光矢量的振动方向和传播方向组成的平面。例，上面图中的xoz面。线偏振光的表示如下 2、非偏振光——自然光： （1）普通光源发的光是自然光。 普通光源中每个原子所发出的光的位相关系及振动方向都是随机的，所以普通光源发的光不是偏振光，而是自然光。 （2）自然光:具有各个方向的光振动，且其间又无固定的位相关系的光。自然光的表示方法为 （3）分解 自然光在各个方向上都有振动，其中 每个振动都可以分解为两个相互垂直的振 动。例如，一个振幅为a的振动可分解为 θ cos a a x = θ sin a a y = 一般, y x a a≠。设各个振动分别分解为 x a 1 ， x a 2 ，…； y a 1 ， y a 2 ， 。再把它们 按x分量和y分量加起来，即得自然光在x方向和y方向上的投影 ∑ ∑ = = iy y ix x a A a A 此时， y x A A=，( 各振动没有优势方向。)注：这个结果与坐标系无关，（ 当xoy转到' 'oy x时，同样有 ' 'y x A A=） θX a y a x a 自然光可分作两个相互垂直的、振幅相等的、不相干的线偏振光。 问题：能不能把这两个光矢量进一步合成一个线偏振光或椭圆光？ （4）强度关系： y x A A = ∴ y x I I = 若自然光的强度记为I ，则 y x I I I +=， 2 I I I y x = =。 因此，若有两个光矢量相互垂直，位相无关联的线偏振光，且强度都等于自然光强度的一半，则可以用来代替自然光。 3、部分偏振光： 介于完全偏振光与非偏振光（自然光）之间的“一般情形”。 （1）部分偏振光：一个方向振动较弱，而另一方向振动较强的光。部分偏振光的表示是 （2）分解后，有 y x A A ≠ 部分偏振光可分作两个相互垂直的、振幅不相等的、不相干的线偏振光。部分偏振光可以看作是由一个完全偏振光和一个自然光混合起来组成的。 例1：晴朗蔚蓝色的天空中所散射的日光多是部分偏振光，散射光与入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高。 例2：南北极探险中所用的“太阳罗盘”? 利用被散射的太阳光的偏振性以分辨方向。 例3：蜜蜂的眼睛里有对偏振敏感的器官。蜜蜂就是靠来自天空的光的偏振性来决定在蜂巢与花粉源之间的飞行方向的。 §14.2 起偏与检偏 马吕斯定律 一、起偏与检偏(只考虑线偏振光) 1 起偏： 把自然光变成偏振光。 起偏器：用作起偏的仪器。例如，偏振片，双折射晶片等。当自然光通过起偏器时，它可使自然光只剩下一个方向的振动，而另一个方向的振动则被吸收。 当偏振光入射时，偏振器也只是让偏振光中沿其透光轴方向上的分量通过。 2.检偏：用偏振器来检查某入射光的振动状态或偏振状态。 光的偏振 一、光的偏振的相关知识 (1)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，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光． (2)偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振 (3)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光，叫做偏振光．光的偏振证明光是横波．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光． 二、光的偏振的理解 1、偏振光的产生方式 (1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把 自然光变成偏振光，叫起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器． (2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间 的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直． 特别提醒不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了． 2、偏振光的理论意义及应用 (1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵 波．光的偏振现象说明了光波是横波． (2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等． 三、相关练习 1、如图所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光的是() A．太阳光 B．沿竖直方向振动的光 C．沿水平方向振动的光 D．沿与竖直方向成45°角振动的光 答案ABD 解析偏振片只让沿某一方向振动的光通过，当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时，透射光的强度不同，它们平行时最强，而垂直时最弱．太阳光是自然光，光波可沿任何方向振动，所以在P的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光，振动方向与偏振片的透振方向相同，当然可以看到透射光；沿水平方向振动的光，其振动方向与透振方向垂直，所以看不到透射光；沿与竖直方向成45°角振动的光，其振动方向与透 高中物理选修3-4第十三章----光-总结 及练习 高中物理选修3-4第十三章知识点总结及练习 第十三章 光 第一节光的反射和折射 知识点1光的折射定律 折射率 1）光的折射定律 ①入射角、反射角、折射角都是各自光线与法线的夹角！ ②表达式：2211sin sin θθn n = ③在光的折射现象中，光路也是可逆的 2）折射率 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，用符号n 表示 sin sin n θθ=大 小 n 是反映介质光学性质的一个物理量，n 越大，表明光线偏折越厉害。发生 折射的原因是光在不同介质中，速度不同 例题：光在某介质中的传播速度是2.122×108m/s ，当光线以30°入射角，由该介质射入空 气时，折射角为多少？ 解：由介质的折射率与光速的关系得 又根据介质折射率的定义式得 r 为在空气中光线、法线间的夹角即为所求．i 为在介质中光线与法线间的夹角30°． 由(1)、(2)两式解得： 所以r=45°． 白光通过三棱镜时，会分解出各种色光，在屏上形成红→紫的彩色光带（注意：不同介质中，光的频率不变。） 练习：1、如图所示，平面镜AB 水平放置，入射光线PO 与AB 夹角为30°，当AB 转过20°角至A′B′位置时，下列说法正确的是 ( ) A ．入射角等于50° B ．入射光线与反射光线的夹角为80° c n v = C ．反射光线与平面镜的夹角为40° D ．反射光线与AB 的夹角为60° 2、一束光从空气射入某种透明液体，入射角40°，在界面上光的一部分被反 射，另一部分被折射，则反射光线与折射光线的夹角是 ( ) A ．小于40° B ．在40°与50°之间 C ．大于140° D ．在100°与140°与间 3、太阳光沿与水平面成30°角的方向射到平面镜上，为了使反射光线沿水平 方向射出，则平面镜跟水平面所成的夹角可以是 ( ) A ．15° B ．30° C ．60° D ．105° 知识点：2、测定玻璃的折射率（实验、探究） 1．实验的改进：找到入射光线和折射光线以后，可以入射点 O 为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO 、OO′（或OO′的 延长线）交于C 点和D 点，过C 、D 两点分别向NN′做垂线， 交NN′于C′、D′点， 则易得：n = CC′/DD′ 2．实验方法：插针法 例题：光线从空气射向玻璃砖，当入射光线与玻璃砖表面成30°角时，折射光线与反射光线恰好垂直，则此玻璃砖的折射率为 ( ) A ．2 B ．3 C ．22 D ．3 3 练习：1、光线从空气射向折射率n ＝2的玻璃表面，入射角为θ1，求： 当θ1＝45o时，折射角多大？ 2、光线从空气射向折射率n ＝2的玻璃表面，入射角为θ1，求：当θ1多大时，反射光线和折射光线刚好垂直？ （1）300（2）arctan 2 3、为了测定水的折射率，某同学将一个高32cm ，底面直径24cm 的圆筒内注满水，如图所示，这时从P 点恰能看到筒底的A 点．把水倒掉后仍放在原处，这时再从P 点观察只能看到B 点，B 点和C 点的距离为18cm ．由以上数据计算得水的折射率为多少? 4/3 第二节全反射 知识点：光的全反射 i 越大，γ越大，折射光线越来越弱，反射光越来越强。 1）全反射： 光疏介质和光密介质：折射率小的介质叫光疏介质，折射率大的介质叫光 密介质。 实验27 光的偏振 一、实验目的 1、观察光的偏振现象，加深对光的偏振的理解。 2、了解偏振光的产生及其检验方法。 3、观测布儒斯特角，测定玻璃折射率。 4、观测椭圆偏振光与圆偏振光。 5、了解1/2波片和1/4波片的用途。 二、实验原理 1、光的偏振状态 光是电磁波，它是横波。通常用电矢量E表示光波的振动矢量。 (1)自然光其电矢量在垂直于传播方向的平面内任意取向，各个方向的取向概率相等，所以在相当长的时间里（10-5秒已足够了），各取向上电矢量的时间平均值是相等的，这样的光称为自然光，如图27-l所示。 (2)平面偏振光电矢量只限于某一确定方向的光，因其电矢量和光线构成一个平面而称其为平面偏振光。如果迎着光线看，电矢量末端的轨迹为一直线，所以平面偏振光也称为线偏振光，如图27-2所示。 (3)部分偏振光电矢量在某一确定方向上较强，而在和它正交的方向上较弱，这种光称为部分偏振光，如图27-3所示。部分偏振光可以看成是线偏振光和自然光的混合。 (4)椭圆偏振光迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一椭圆，这样的光称为椭圆偏振光。椭圆偏振光可以由两个电矢量互相垂直的、有恒定相位差的线偏振光合成得到。 (5)圆偏振光迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一个圆，则这样的光称为圆偏振光。圆偏振光可视为长、短轴相等的椭圆偏振光。 图27-4 椭圆偏振光 2、布儒斯特定律 反射光的偏振与布儒斯特定律 如图27-5所示，光在两介质（如空气和玻璃片等）界面上，反射光和折射光（透射光）都是部分偏振光。当反射光线与折射光线的夹角恰为90°时，反射光为线偏振光，其电矢量振动方向垂直于入射光线与界面法线所决定的平面（入射面）。此时的透射光中包含平行于入射面的偏振光的全部以及垂直于入射面的偏振光的其余部分，所以透射光仍为部分偏振光。由折射定律很容易导出此时的入射角 α 满足关系 1 2 tan n n = α (27-1) (27-1)式称为布儒斯特定律，入射角 α 称为布儒斯特角，或称为起偏角。若光从空气入射到玻璃（n 2约为1.5），起偏角约56°。 3、偏振片、起偏和检偏、马吕斯定律 (1)由二向色性晶体的选择吸收所产生的偏振 自然光 偏振光 偏振片 P 1P 2 I 0 起偏器 检偏器 自然光 I ' 图a 偏振片起偏 图b 起偏和检偏 图27-6 偏振片 有些晶体（如电气石）、长链分子晶体（如高碘硫酸奎宁），对两个相互垂直振动的电矢量具有不同的吸收本领，这种选择吸收性称为二向色性。在两平板玻璃间，夹一层二向色性很强的物质就制成了偏振片。自然光通过偏振片时，一个方向的电矢量几乎完全通过（该方向称为偏振片的偏振化方向），而与偏振化方向垂直的电矢量则几乎被完全吸收，因此透射光就成为线偏振光。根据这一特性，偏振片既可用来产生偏振光（起偏），也可用于检验光的偏振状态（检偏）。 (2)马吕斯定律 用强度为I 0的线偏振光入射，透过偏振片的光强为I ，则有如下关系 θ 20cos I I = (27-2) (27-2)式称为马吕斯定律。 θ是入射光的E 矢量振动方向和检偏器偏振化方向之间的夹角。以入射光线为轴转动偏振片，如果透射光强I 有变化，且转动到某位置时 I ＝0，则表明入射 光为线偏振光，此时θ ＝90°。 4、波片 (1)两个互相垂直的、同频率的简谐振动的合成 设有两各互相垂直且同频率的简谐振动，它们的运动方程分别为 )cos() cos(2211?ω?ω+=+=t A y t A x (27-3) 合运动是这两个分运动之和，消去参数t ，得到合运动矢量末端运动轨迹方程为 )(sin )cos(2122 12212 22212????-=--+A A xy A y A x (27-4) 上式表明，一般情况下，合振动矢量末端运动轨迹是椭圆，该椭圆在2122A A ?的矩形范围内。如果(27-3)式表示的是两线偏振光，则叠加后一般成为椭圆偏振光。下面讨论相位 差 12???-=?为几种特殊值的情况。 ①当π?k 2=?（ k =0, ±1, ±2, …）时，(27-4)式变为 第5、6节光的衍射__光的偏振 1.衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最 宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小， 亮度越低。 2．白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮纹，两侧 为彩色条纹，外侧呈红色，靠近白色亮纹的内侧为 紫色。 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。 一、光的衍射 1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象。 2．衍射图像：衍射时产生的明暗条纹或光环。 3．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。 4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。 5．泊松亮斑：障碍物的衍射现象。在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。 二、衍射光栅 1．衍射光栅的结构 由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器。 2．衍射图样的特点 与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 3．衍射光栅的种类 反射光栅、透射光栅。 三、光的偏振 1．横波与纵波的特点 横波中各点的振动方向总与波的传播方向垂直。纵波中，各点的振动方向总与波的传播 方向在同一直线上。横波有偏振现象。 2．自然光和偏振光 (1)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。 (2)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。 3．光的偏振 偏振现象只有沿偏振片的“透射方向”振动的光波才能通过偏振片 结论偏振现象表明，光是一种横波 偏振光的 形成①自然光通过偏振片后，得到偏振光 ②自然光在介质表面反射时，反射光和折射光都是偏振光 偏振现象的应用①把偏振片装在照相机镜头前 ②电子表的液晶显示 1．自主思考——判一判 (1)白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象。(×) (2)菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象。(×) (3)用两支圆柱形铅笔并在一起，形成一个狭缝，使狭缝平行于日光灯，会看到彩色的衍射条纹。(√) (4)凡是波都有偏振现象。(×) (5)反射可以引起自然光的偏振。(√) (6)拍摄水中游鱼时，在镜前装一偏振片是利用光的偏振现象。(√) 2．合作探究——议一议 (1)衍射和干涉条纹都是明暗相间的，两种条纹是否完全一样？ 提示：不一样。衍射条纹是中间最宽、最亮，从中央向两侧逐渐变窄、变暗；干涉条纹是等间距的条纹，即宽度和亮度相同。 (2)自然光和偏振光有什么不同？ 提示：自然光沿各个方向振动的光波的强度都相同，而偏振光只在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动。 《光的偏振》教案 教材分析： 本节主要阐述了光波作为横波具有的偏振现象，以及光的偏振在生产，生活，科技等方面的应用。偏振现象学生不好理解，所以教科书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，做好两个演示实验是让学生接受光有偏振现象的关键，也是本节教学的突破口。本节内容有利于开阔学生的视野，加深对光的波动性，特别是对光是横波的理解。 学情分析 学生对于光的认识有了一定的了解，现通过一些日常生活中与偏振有关的现象进行进一步认识光的特性。 教学目标 知识与技能 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。 过程与方法 1．通过机械波的偏振实验和光的偏振实验掌握类比研究物理问题的方法。 2．通过对光的偏振应用的学习，提高应用知识解决实际问题的能力。 情感态度与价值观 通过课外活动观察光的偏振现象培养学生联系实际学习物理的观念和习惯。 教学重点 光的偏振实验的观察和分析 教学难点 光振动与自然光和偏振光的联系 教学过程 一、引入新课 （一）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？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. （二）偏振现象［演示一］ 介绍课本装置，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、新课教学 （一）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. 高中物理-光的偏振练习 1．(辽宁省大连市高二下学期期中)在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是( C ) A．光的折射现象、色散现象 B．光的反射现象、干涉现象 C．光的衍射现象、偏振现象 D．光的直线传播现象 解析：光的干涉、衍射和偏振现象证明了光的波动性,故选C。 2．(多选)(沈阳二中高二下学期期中)以下关于光的说法正确的是( AC ) A．光纤通信是利用了全反射的原理 B．太阳光是偏振光 C．当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高,是多普勒效应 D．光的双缝干涉实验中,在光屏上的某一位置会时而出现明条纹时而出现暗条纹 解析：光纤通信利用了全反射原理,A对；太阳光是自然光,B错；火车汽笛音调变化是多普勒效应,C正确；光的双缝干涉实验中,光屏上某一位置条纹亮暗不变,D错。 3．(山东省潍坊一中高二下学期月考)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(如图)。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( D ) 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° 解析：此题要求自己车灯发出的光经对面车窗反射后仍能进入自己眼中,而对面车灯发出的光不能进入自己的眼中。若前窗的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平,从车灯发出的光照射到物体上反射回的光线将不能透过窗玻璃,司机面前将是一片漆黑,所以A错误；若前窗玻璃与车灯玻璃透振方向均竖直,则对面车灯的光仍能照射得司机睁不开眼,B错误；若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°,则车灯发出的光经物体反射后无法 高中物理光的偏振知识点归纳 1、高中物理光的偏振发现说明 1808年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。在进一步研究光的简单折射中的偏振时，他发现光在折射时是部分偏振的。因为惠更斯曾提出过光是一种纵波，而纵波不可能发生这样的偏振，这一发现成为了反对波动说的有利证据。1811年，布吕斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。 2、高中物理光的偏振产生方法 从自然光获得线偏振光的方法有以下四种： 1、利用反射和折射。 2、利用二向色性。 3、利用晶体的双折射。 4、利用散射。 另外，线偏振光可以经过波晶片产生圆偏振光和椭圆偏振光。 3、高中物理光的偏振度 在部分偏振光的总强度中，完全偏振光所占的成分叫做偏振度。 特征：偏振度的数值愈接近1，光线的偏振化程度就愈纯 粹，一般偏振度都小于1。 4、高中物理光的偏振应用 页 1 第 电子表的液晶显示用到了偏振光 两块透振方向相互垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，盒内液晶层的上下是透明的电极板，它们刻成了数字笔画的形状。外界的自然光通过第一块偏振片后，成了偏振光。这束光在通过液晶时，如果上下两极板间没有电压，光的偏振方向会被液晶旋转90度(这种性质叫做液晶的旋光性)，于是它能通过第二块偏振片。第二块偏振片的下面是反射镜，光线被反射回来，这时液晶盒看起来是透明的。但在上下两个电极间有一定大小的电压时，液晶的性质改变了，旋光性消失，于是光线通不过第二块偏振片，这个电极下的区域变暗，如果电极刻成了数字的笔画的形状，用这种方法就可以显示数字。 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，常常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。在拍摄时加用偏振镜，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 1、首先，光强的计算并不是利用合成矢量来计算的，光强与振幅的平方成正比，振幅即矢量的模；其次，不论是人眼还是探测器，都不可能接收瞬时光强，即光矢量的振幅大小；最重要的一点，矢量的合成是有条件的，这一点物理光学中有很详细的解释，即必须是相干光才能合成，而自然光一般为非相干光。非相干光的光强叠加只是不同光线光强的简单叠加。因而，只要有光线，光强恒大于0。但相干光与此不同，会有等于0的情况。 2、因为其不是偏振光，所以光强I不发生变化。 3、光的偏振实验中，如果在一组相互正交的偏振片之间插入一块半波片，使其光轴和起偏器的偏振轴平行，则透过检偏器的光斑还是暗的。因为经过起偏器后的线偏振光的偏振方向与波片光轴平行，与波片光轴垂直方向没有分量，此时不发生双折射效应，经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光，所以消光。 将检偏器旋转90度后，光斑的亮暗有变化，变亮，因为经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光，检偏器旋转90度后正好与线偏振光振动方向一致。 这个问题的关键在于波片的光轴和起偏器偏振轴平行，线偏振光经过后不改变偏振方向。我们知道线偏振光经过1/2波片偏振方向是要关于光轴（或者快轴，或者慢轴）对称的。当线偏振光偏振方向平行或者垂直与快轴或者慢轴时，波片不起改变偏振态的作用，不仅1/2波片如此，其它波片也这样。 4、用一个偏振片就能分辨。当自然光通过偏振片时，无论偏振片怎么旋转或者是静止（以光的传播方向为轴）光的强度都不会发生变化。 当圆偏振光通过偏振片时，保持偏振片不动，你会发现光的强度呈周期性变化，而且会出现消光。当圆偏振光与自然光的混合光通过偏振片时，保持偏振片不动，你也会发现光的强度呈周期性变化，但不会出现消光。 选修3-4第十三章第6节《光的偏振》 一、教材分析 《光的颜色色散》是人教版高中物理选修3-4第13章第五节的教学内容，主要认识光的偏振现象以及偏振现象的应用. 二、教学目标 1、知识目标 1、知道振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象 2、了解偏振光和自然光的区别，知道日常见到的光多是偏振光. 2、能力目标 1、知道偏振光的一些应用 2、通过光的偏振现象说明光是横波 3、情感、态度和价值观目标： 让学生了解偏振现象应用的广泛性，从而达到激发学生学习兴趣的目的. 三、教学重点难点 1、教学重点 通过光的偏振现象说明光是横波 2、教学难点 发射和折射时，为什么会使光波形成偏振 四、学情分析（根据个人情况写） 五、教学方法 实验观察、理论分析、学案导学 六、课前准备 偏振片、立体眼镜、软绳且一端固定在墙上 七、课时安排：1课时 八、教学过程 (一)预习检查、总结疑惑 复习提问1：电磁波是横波还是纵波？电磁波在转播时，电矢量E 、磁矢量B和传播方向x有什么关系？ 学生：答问… （二）情景导入、展示目标. 引入：既然我们已经知道电磁波是横波，而光波是电磁波，故光波肯定是横波. 而且，由于光波在传播时，引起感光作用（和生理作用）的主要是电矢量E ，我们在研究光波的传播时，就可以用E-x图象类比机械波的y-x图象. 本节课，我们将看一看光作为一种横波所显现出来的一种特殊现象—— （三）合作探究、精讲点拨. 1、偏振现象 启发：我们已经从理论上知道了横波和纵波的差别，那么，它们在传播的过程中，会有什么表象的不同呢？这里看一个演示—— 演示：（机械）横波和纵波在穿过狭缝时的差别 学生：观察… 现象解释…高中物理选修3-4光章节检测带答案
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