2020春高中人教版物理选修3-4学案：第十三章 第6节 光的偏振 Word版含解析

第6节光的偏振

1．通过实验，认识偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。

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．知道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。

1.横波与纵波的特点：在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向□01垂直。在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在□02同一直线上。□03横波有偏振现象。

2．自然光和偏振光

(1)□04传播方向上沿□05一切方向振动的光，沿着各个方向振动的光波的强度都□06相同。

(2)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的光。

3．光的偏振

判一判

(1)自然光与偏振光之间可以相互转化。()

(2)偏振现象说明光波属于横波。()

(3)只有利用偏振片才能获得偏振光。()

提示：(1)×(2)√(3)×

想一想

(1)自然光和偏振光的主要区别是什么？

提示：在垂直于传播方向的平面内，自然光沿一切方向振动，偏振光沿某一特定方向振动。

(2)自然光经水面反射的光一定是偏振光吗？

提示：自然光经水面反射和折射的光都一定是偏振光。

课堂任务偏振现象及应用

1．自然光和偏振光的比较

2．偏振光的获得

(1)利用偏振片来获得偏振光。让自然光通过偏振片，如图所示，当自然光通过偏振片时，就会变成在某一方向上振动的光。

(2)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。

(3)平时我们所看到的绝大部分光，除直接从太阳、电灯等光源发出的光以外都是不同程度的偏振光(部分偏振光)。而通过偏振片的光只在一个方向振动，是完全偏振光。

3．偏振光的应用

(1)光的偏振现象有很多应用。如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使影像不清楚，如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使影像清晰。

(2)夜晚行车时，对方照射过来的光很强，若加一个偏振片，可减弱对眼睛的照射。

(3)立体电影也是利用了光的偏振原理。

例两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面调整至没有光通过。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．透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零

B．透过偏振片的光强先增强，然后减少到非零的最小值

C．透过偏振片的光强在整个过程中都增强

D．透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强

(1)两偏振片如何放置，透射光最强？

提示：两偏振片的透振方向平行时，透射光最强。

(2)两偏振片如何放置，透射光最弱？

提示：两偏振片的透振方向垂直时，透射光最弱。

[规范解答]两偏振片的透振方向垂直时，没有光通过；透振方向平行时，光强度达到最大。将其中一个偏振片转动180°的过程中，两偏振片的透振方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光先增强，然后又减小到零。故A正确。

[完美答案] A

起偏振器与检偏振器

自然光通过偏振片后，变为偏振光，前面的偏振片称为起偏振器，后面的偏振片称为检偏振器，偏振光的振动方向与偏振片的透振方向是否一致影响着透射光的强度，当两者平行时，透射光光强最大，当两者垂直时，透射光的光强为零。

[变式训练]如图所示，P是一偏振片，P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向。一光束射向P，该光束的振动方向与P的透振方向成45°角(用带有箭头的虚线表示)。顺时针旋转P半周，从另一侧观察到光束的亮度变化情况是()

A．先变亮，再变暗

B．先变亮，然后变暗，再变亮

C．先变暗，再变亮

D．先变暗，然后变亮，再变暗

答案 D

解析一光束射向P，该光束的振动方向与P的透振方向成45°角，在顺时针旋转P半周过程中，光束振动方向与P的透振方向先由夹角为45°转到垂直，再由垂直转到平行，最后由平行转至夹角又为45°，则从另一侧观察到光束的亮度先变暗，然后变亮，再变暗，故A、B、C错误，D正确。

A组：合格性水平训练

1．(综合)下列现象可以说明光是横波的是()

A．光的干涉现象B．光的色散现象

C．光的衍射现象D．光的偏振现象

答案 D

解析根据光能发生干涉和衍射现象，说明光是一种波，具有波动性；根据光的色散现象，说明同一介质对不同光的折射率不同；光的偏振现象说明振动方向与光的传播方向垂直，即说明光是横波，所以正确选项是D。

2．(自然光与偏振光的区别)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

解析自然光和偏振光都能发生干涉、衍射现象，A错误；除了从太阳、电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，B错误；光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，C错误；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，D正确。

3．(自然光与偏振光的区别)(多选)关于自然光和偏振光，以下说法正确的是()

A．自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同

B．偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光

C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光

D．太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光

答案BD

解析按自然光和偏振光的定义，自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度相同，而偏振光是在垂直于传播方向上，只沿某一特定方向振动的光，A错误，B正确；太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光，自然光经过一个偏振片时，只有振动方向平行于偏振片透振方向的光才能完全通过偏振片，故自然光透过一个偏振片后变成偏振光，但偏振光再通过一个偏振片时，当偏振片的透振方向与偏振光的振动方向平行时，能通过偏振片，但仍然是偏振光，不是自然光，当透振方向与光振动方向垂直时，偏振光不能透过偏振片，故C错误，D正确。

4．(光的偏振原理)(多选)如图所示，P是偏振片，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

解析根据光的现象，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，故A、B、D正确。

5．(光的偏振原理)(多选)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的振动是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只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，它通过偏振片A后，变为偏振光，则A错误，B正确；由人眼在P处看不到光亮可知，A、B两偏振片的透振方向相互垂直，当以SP为轴将B转过180°后，两偏振片的透振方向仍垂直，在P处仍看不到光亮，当以SP为轴将B转过90°后，两偏振片的透振方向平行，在P处将看到光亮，C错误，D正确。

6．(自然光与偏振光)(多选)当以入射光线为轴转动偏振片时，观察电灯、烛焰、月球、反光的黑板，看到的现象有何不同()

A．观察电灯和烛焰时，透射光的强弱随偏振片的旋转而变化

B．观察电灯和烛焰时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化

C．观察月球和反光的黑板时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化

D．观察月球和反光的黑板时，透射光的强弱随偏振片的旋转而变化

答案BD

解析通过一块偏振片去观察电灯、烛焰时，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(肉眼对此不能察觉)，但光的强弱没有改变。月球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和强弱都会随偏振片的旋转发生周期性的变化。故B、D正确，A、C错误。

7．(光的偏振原理)如图所示，白炽灯的右侧依次放置偏振片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

解析旋转偏振片P，A处得到的是强度始终相同的偏振光，偏振光再经过偏振片Q，在B处的光强随着P的转动而变化，当Q的透振方向与经过P的偏振光的振动方向垂直时，B处的光强最弱，C正确。

8．(光的偏振的应用)(多选)电子表的显示屏利用了液晶的旋光性，当液晶上不加电压时，偏振光通过液晶时偏振方向会被旋转90°，这就是液晶的旋光性；如果在液晶上加上电压，则旋光性消失。有一种电子表的显示屏是透明的，而在显示数字的笔画处不透光，则关于该显示屏，下列说法正确的是() A．上下两个偏振片的透振方向互相垂直

B．上下两个偏振片的透振方向互相平行

C．笔画处为透明电极，因此加上电压时变为不透明的

D．笔画处没有电极，其余部分为透明电极

答案AC

解析电子表的显示屏是透明的，假设光从下向上传播，光线通过下偏振片时成为偏振光，如果不加电压，偏振光通过液晶时偏振方向旋转90°，此时光线能透过上偏振片，可知上偏振片的透振方向应与此时偏振光的偏振方向相同，即与下偏振片的透振方向垂直，A正确，B错误；组成数字的笔画处有时透明，有时不透明，可知笔画处为透明电极，当加上电压时液晶旋光性消失，变为不透明的，C 正确，D错误。

B组：等级性水平训练

9．(光的偏振的应用)如图所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，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，从而使偏振光的振动方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化。设起偏振器和检偏振器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，正确的说法是()

A．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大

B．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大

C．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小

D．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小

答案 B

解析根据题意知，温度变化越大，光通过光纤时振动方向变化越大，由于起偏振器和检偏振器的透振方向是相同的，所以光从光纤中通过时振动方向变化越大，透过检偏振器的光强度就会越小，光接收器接收的光强度也就会越小，因此B正确，A错误；同理，C、D错误。

10．(光的偏振的应用)如图所示是观看立体电影时放映机镜头上的偏振片和观看者所戴的偏光眼镜的配置情况，其中正确的是()

答案 B

解析立体电影是利用光的偏振现象来实现的。两台放映机同时放映着从不同角度同时拍摄的场景，并且放映机采用正好垂直的偏振光进行放映，观众所戴的眼镜左、右镜片的透振方向正好也相互垂直。只有透振方向与某束偏振光的偏振方向平行的镜片才能透过该束偏振光，这样，两只镜片分别只能透过来自两台放映机中某一台的偏振光，则观众同时能获得两束带有不同信息的光线，在脑海中便能复合成立体感很强的场景，所以B图所示情况正确。

11．(偏振与折射的综合)(多选)旋光仪可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关。将θ的测量值与标准值相比较，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，然后将被测样品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θ

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θ

E．若使O处光强度再次最大，偏振片A、B均需转过θ角

答案ACD

解析偏振片只能让一定偏振方向的光通过，没有样品时，要使到达O处的光最强，偏振片A、B的透振方向应相同；当放入样品时，由于样品的“旋光角”是θ，光线经过样品后偏振方向不再与B的透振方向平行，故到达O处光的强度会明显减弱，A正确，B错误；偏振片B转过的角度等于θ，使与偏振光的方向平行时，光到达O处的强度将再次最大，C正确；同理，D正确，E错误。

12．(偏振与干涉的综合)如图所示，在杨氏双缝实验中，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，再加偏振片P 1、P 2，P 1与P 2的透射光方向垂直。

答案 见解析

解析 (1)能。到达S 1、S 2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，只是光的强度由于偏振片的作用而减弱。

(2)不能。由于从P 1、P 2射出的光的振动方向相互垂直，不满足干涉条件，故光屏E 被均匀照亮，无干涉现象，看不到干涉条纹。

13．(偏振与折射、反射的综合)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 光由真空进入玻璃，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 θ1sin θ2

＝tan θ1 由题意知θ2＝30°，n ＝tan θ1＝ 3

所求的布儒斯特角为θ1，

可得表达式为θ1＝arctan n 。