2020高中物理 第十三章 光 第6節(jié) 光的偏振學(xué)案 新人教版選修3-4

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1、第6節(jié)　光的偏振 1．通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)偏振現(xiàn)象，知道只有橫波才有偏振現(xiàn)象。 2．了解偏振光和自然光的區(qū)別，從光的偏振現(xiàn)象知道光是橫波。 3．知道日常見到的光多數(shù)是偏振光，了解偏振光在生產(chǎn)生活中的一些應(yīng)用。 1.橫波與縱波的特點(diǎn)：在橫波中，各點(diǎn)的振動(dòng)方向總與波的傳播方向垂直。在縱波中，各點(diǎn)的振動(dòng)方向總與波的傳播方向在同一直線上。橫波有偏振現(xiàn)象。 2．自然光和偏振光 (1)自然光：太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。 (2)偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)的光。 3．光的偏振

2、 判一判 (1)自然光與偏振光之間可以相互轉(zhuǎn)化。(　　) (2)偏振現(xiàn)象說明光波屬于橫波。(　　) (3)只有利用偏振片才能獲得偏振光。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)× 想一想 (1)自然光和偏振光的主要區(qū)別是什么？ 提示：在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，自然光沿一切方向振動(dòng)，偏振光沿某一特定方向振動(dòng)。 (2)自然光經(jīng)水面反射的光一定是偏振光嗎？ 提示：自然光經(jīng)水面反射和折射的光都一定是偏振光。 課堂任務(wù)　偏振現(xiàn)象及應(yīng)用 1．自然光和偏振光的比較 2．偏振光的獲得 (1)利用偏振片來獲得偏振光。讓自然光通過偏振片，如圖所示，當(dāng)自然光通過偏振片時(shí)

3、，就會(huì)變成在某一方向上振動(dòng)的光。 (2)自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時(shí)，反射光和折射光都是偏振光。 (3)平時(shí)我們所看到的絕大部分光，除直接從太陽(yáng)、電燈等光源發(fā)出的光以外都是不同程度的偏振光(部分偏振光)。而通過偏振片的光只在一個(gè)方向振動(dòng)，是完全偏振光。 3．偏振光的應(yīng)用 (1)光的偏振現(xiàn)象有很多應(yīng)用。如在拍攝日落時(shí)水面下的景物、池中的游魚、玻璃櫥窗里陳列物的照片時(shí)，由于水面或玻璃表面的反射光的干擾，常使影像不清楚，如果在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片，讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可以減弱反射光而使影像清晰。 (2)夜晚行車時(shí)，對(duì)方照射過來的光很強(qiáng)，若加一個(gè)偏

4、振片，可減弱對(duì)眼睛的照射。 (3)立體電影也是利用了光的偏振原理。 例　兩個(gè)偏振片緊靠在一起，將它們放在一盞燈的前面調(diào)整至沒有光通過。如果將其中的一片旋轉(zhuǎn)180°，在旋轉(zhuǎn)過程中，將會(huì)產(chǎn)生下述的哪一種現(xiàn)象(　　) A．透過偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng)，然后又減少到零 B．透過偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng)，然后減少到非零的最小值 C．透過偏振片的光強(qiáng)在整個(gè)過程中都增強(qiáng) D．透過偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng)，再減弱，然后又增強(qiáng) (1)兩偏振片如何放置，透射光最強(qiáng)？ 提示：兩偏振片的透振方向平行時(shí)，透射光最強(qiáng)。 (2)兩偏振片如何放置，透射光最弱？ 提示：兩偏振片的透振方向垂直時(shí)，透射光最弱。 [規(guī)范解答

5、]　兩偏振片的透振方向垂直時(shí)，沒有光通過；透振方向平行時(shí)，光強(qiáng)度達(dá)到最大。將其中一個(gè)偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)180°的過程中，兩偏振片的透振方向由垂直到平行再到垂直，所以通過的光先增強(qiáng)，然后又減小到零。故A正確。 [完美答案]　A 起偏振器與檢偏振器 自然光通過偏振片后，變?yōu)槠窆?，前面的偏振片稱為起偏振器，后面的偏振片稱為檢偏振器，偏振光的振動(dòng)方向與偏振片的透振方向是否一致影響著透射光的強(qiáng)度，當(dāng)兩者平行時(shí)，透射光光強(qiáng)最大，當(dāng)兩者垂直時(shí)，透射光的光強(qiáng)為零。 　如圖所示，P是一偏振片，P的透振方向(用帶有箭頭的實(shí)線表示)為豎直方向。一光束射向P，該光束的振動(dòng)方向與P的透振方向成45°角(用帶有

6、箭頭的虛線表示)。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)P半周，從另一側(cè)觀察到光束的亮度變化情況是(　　) A．先變亮，再變暗 B．先變亮，然后變暗，再變亮 C．先變暗，再變亮 D．先變暗，然后變亮，再變暗 答案　D 解析　一光束射向P，該光束的振動(dòng)方向與P的透振方向成45°角，在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)P半周過程中，光束振動(dòng)方向與P的透振方向先由夾角為45°轉(zhuǎn)到垂直，再由垂直轉(zhuǎn)到平行，最后由平行轉(zhuǎn)至夾角又為45°，則從另一側(cè)觀察到光束的亮度先變暗，然后變亮，再變暗，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。 A組：合格性水平訓(xùn)練 1．(綜合)下列現(xiàn)象可以說明光是橫波的是(　　) A．光的干涉現(xiàn)象 B．光的色散現(xiàn)象

7、C．光的衍射現(xiàn)象 D．光的偏振現(xiàn)象 答案　D 解析　根據(jù)光能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，說明光是一種波，具有波動(dòng)性；根據(jù)光的色散現(xiàn)象，說明同一介質(zhì)對(duì)不同光的折射率不同；光的偏振現(xiàn)象說明振動(dòng)方向與光的傳播方向垂直，即說明光是橫波，所以正確選項(xiàng)是D。 2．(自然光與偏振光的區(qū)別)關(guān)于自然光和偏振光，下列觀點(diǎn)正確的是(　　) A．自然光能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，而偏振光卻不能 B．只有自然光透過偏振片才能獲得偏振光 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發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；除了從太陽(yáng)、電燈等光源直接發(fā)出的

8、光以外，我們通?？吹降慕^大部分光，都是不同程度的偏振光，B錯(cuò)誤；光的顏色由光的頻率決定，與光的振動(dòng)方向無關(guān)，C錯(cuò)誤；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，D正確。 3．(自然光與偏振光的區(qū)別)(多選)關(guān)于自然光和偏振光，以下說法正確的是(　　) A．自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，但是沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度可以不相同 B．偏振光是在垂直于傳播方向上，只沿著某一特定方向振動(dòng)的光 C．自然光透過一個(gè)偏振片后就成為偏振光，偏振光經(jīng)過一個(gè)偏振片后又還原為自然光 D．太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光 答案　BD 解析　按自然光和偏振光的定義，自然光包含著

9、在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度相同，而偏振光是在垂直于傳播方向上，只沿某一特定方向振動(dòng)的光，A錯(cuò)誤，B正確；太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光，自然光經(jīng)過一個(gè)偏振片時(shí)，只有振動(dòng)方向平行于偏振片透振方向的光才能完全通過偏振片，故自然光透過一個(gè)偏振片后變成偏振光，但偏振光再通過一個(gè)偏振片時(shí)，當(dāng)偏振片的透振方向與偏振光的振動(dòng)方向平行時(shí)，能通過偏振片，但仍然是偏振光，不是自然光，當(dāng)透振方向與光振動(dòng)方向垂直時(shí)，偏振光不能透過偏振片，故C錯(cuò)誤，D正確。 4．(光的偏振原理)(多選)如圖所示，P是偏振片，P的透振方向(用帶箭頭的實(shí)線表示)為豎直方向。下列四種入射光

10、束中，哪幾種照射P時(shí)能在P的另一側(cè)觀察到透射光(　　) A．太陽(yáng)光 B．沿豎直方向振動(dòng)的光 C．沿水平方向振動(dòng)的光 D．沿與豎直方向成45°角振動(dòng)的光 答案　ABD 解析　根據(jù)光的現(xiàn)象，只要光的振動(dòng)方向不與偏振片的透振方向垂直，光都能通過偏振片。太陽(yáng)光、沿豎直方向振動(dòng)的光、沿與豎直方向成45°角振動(dòng)的光均能通過偏振片，故A、B、D正確。 5．(光的偏振原理)(多選)如圖所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向，看不到光亮，則(　　) A．圖中a光為偏振光 B．圖中b光為偏振光 C．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180°后，在P處將看到光亮 D．以SP

11、為軸將B轉(zhuǎn)過90°后，在P處將看到光亮 答案　BD 解析　自然光沿各個(gè)方向的振動(dòng)是均勻分布的，通過偏振片后，透射光是只沿著某一特定方向振動(dòng)的光。從電燈直接發(fā)出的光為自然光，它通過偏振片A后，變?yōu)槠窆猓瑒tA錯(cuò)誤，B正確；由人眼在P處看不到光亮可知，A、B兩偏振片的透振方向相互垂直，當(dāng)以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180°后，兩偏振片的透振方向仍垂直，在P處仍看不到光亮，當(dāng)以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90°后，兩偏振片的透振方向平行，在P處將看到光亮，C錯(cuò)誤，D正確。 6．(自然光與偏振光)(多選)當(dāng)以入射光線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，觀察電燈、燭焰、月球、反光的黑板，看到的現(xiàn)象有何不同(　　) A．觀察電燈和燭焰時(shí)

12、，透射光的強(qiáng)弱隨偏振片的旋轉(zhuǎn)而變化 B．觀察電燈和燭焰時(shí)，透射光的強(qiáng)弱不隨偏振片的旋轉(zhuǎn)而變化 C．觀察月球和反光的黑板時(shí)，透射光的強(qiáng)弱不隨偏振片的旋轉(zhuǎn)而變化 D．觀察月球和反光的黑板時(shí)，透射光的強(qiáng)弱隨偏振片的旋轉(zhuǎn)而變化 答案　BD 解析　通過一塊偏振片去觀察電燈、燭焰時(shí)，透射光的強(qiáng)弱不隨偏振片的旋轉(zhuǎn)而變化。因?yàn)闊艄狻T光都是自然光，沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同，因此當(dāng)偏振片旋轉(zhuǎn)時(shí)，透射出來的光波的振動(dòng)方向雖然改變了(肉眼對(duì)此不能察覺)，但光的強(qiáng)弱沒有改變。月球和黑板反射的光已經(jīng)是偏振光，它們通過偏振片透射過來的光線和強(qiáng)弱都會(huì)隨偏振片的旋轉(zhuǎn)發(fā)生周期性的變化。故B、D正確，A、C錯(cuò)誤。

13、 7．(光的偏振原理)如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次放置偏振片P和Q，A點(diǎn)位于P、Q之間，B點(diǎn)位于Q右側(cè)，旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點(diǎn)光的強(qiáng)度變化情況是(　　) A．A、B均不變 B．A、B均有變化 C．A不變，B有變化 D．A有變化，B不變 答案　C 解析　旋轉(zhuǎn)偏振片P，A處得到的是強(qiáng)度始終相同的偏振光，偏振光再經(jīng)過偏振片Q，在B處的光強(qiáng)隨著P的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化，當(dāng)Q的透振方向與經(jīng)過P的偏振光的振動(dòng)方向垂直時(shí)，B處的光強(qiáng)最弱，C正確。 8．(光的偏振的應(yīng)用)(多選)電子表的顯示屏利用了液晶的旋光性，當(dāng)液晶上不加電壓時(shí)，偏振光通過液晶時(shí)偏振方向會(huì)被旋轉(zhuǎn)90°，這就是液晶的旋光性；如果在液

14、晶上加上電壓，則旋光性消失。有一種電子表的顯示屏是透明的，而在顯示數(shù)字的筆畫處不透光，則關(guān)于該顯示屏，下列說法正確的是(　　) A．上下兩個(gè)偏振片的透振方向互相垂直 B．上下兩個(gè)偏振片的透振方向互相平行 C．筆畫處為透明電極，因此加上電壓時(shí)變?yōu)椴煌该鞯? D．筆畫處沒有電極，其余部分為透明電極 答案　AC 解析　電子表的顯示屏是透明的，假設(shè)光從下向上傳播，光線通過下偏振片時(shí)成為偏振光，如果不加電壓，偏振光通過液晶時(shí)偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，此時(shí)光線能透過上偏振片，可知上偏振片的透振方向應(yīng)與此時(shí)偏振光的偏振方向相同，即與下偏振片的透振方向垂直，A正確，B錯(cuò)誤；組成數(shù)字的筆畫處有時(shí)透明，有時(shí)不

15、透明，可知筆畫處為透明電極，當(dāng)加上電壓時(shí)液晶旋光性消失，變?yōu)椴煌该鞯?，C正確，D錯(cuò)誤。 B組：等級(jí)性水平訓(xùn)練 9．(光的偏振的應(yīng)用)如圖所示是一種利用光纖溫度傳感器測(cè)量溫度的裝置，一束偏振光射入光纖，由于溫度的變化，光纖的長(zhǎng)度、芯徑、折射率發(fā)生變化，從而使偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生變化，光接收器接收的光強(qiáng)度就會(huì)變化。設(shè)起偏振器和檢偏振器透振方向相同，關(guān)于這種溫度計(jì)的工作原理，正確的說法是(　　) A．到達(dá)檢偏振器的光的振動(dòng)方向變化越小，光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小，表示溫度變化越大 B．到達(dá)檢偏振器的光的振動(dòng)方向變化越大，光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小，表示溫度變化越大 C．

16、到達(dá)檢偏振器的光的振動(dòng)方向變化越小，光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小，表示溫度變化越小 D．到達(dá)檢偏振器的光的振動(dòng)方向變化越大，光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小，表示溫度變化越小 答案　B 解析　根據(jù)題意知，溫度變化越大，光通過光纖時(shí)振動(dòng)方向變化越大，由于起偏振器和檢偏振器的透振方向是相同的，所以光從光纖中通過時(shí)振動(dòng)方向變化越大，透過檢偏振器的光強(qiáng)度就會(huì)越小，光接收器接收的光強(qiáng)度也就會(huì)越小，因此B正確，A錯(cuò)誤；同理，C、D錯(cuò)誤。 10．(光的偏振的應(yīng)用)如圖所示是觀看立體電影時(shí)放映機(jī)鏡頭上的偏振片和觀看者所戴的偏光眼鏡的配置情況，其中正確的是(　　) 答案　B 解析　立體電影是利用

17、光的偏振現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)的。兩臺(tái)放映機(jī)同時(shí)放映著從不同角度同時(shí)拍攝的場(chǎng)景，并且放映機(jī)采用正好垂直的偏振光進(jìn)行放映，觀眾所戴的眼鏡左、右鏡片的透振方向正好也相互垂直。只有透振方向與某束偏振光的偏振方向平行的鏡片才能透過該束偏振光，這樣，兩只鏡片分別只能透過來自兩臺(tái)放映機(jī)中某一臺(tái)的偏振光，則觀眾同時(shí)能獲得兩束帶有不同信息的光線，在腦海中便能復(fù)合成立體感很強(qiáng)的場(chǎng)景，所以B圖所示情況正確。 11．(偏振與折射的綜合)(多選)旋光儀可以用來測(cè)量糖溶液的濃度，從而測(cè)定含糖量。其原理是：偏振光通過糖的水溶液后，若迎著射來的光線看，偏振方向會(huì)以傳播方向?yàn)檩S線，旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度θ，這一角度稱為“旋光角”，θ的值與糖溶液

18、的濃度有關(guān)。將θ的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測(cè)樣品的含糖量了。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動(dòng)B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測(cè)樣品P置于A、B之間，則下列說法中正確的是(　　) A．到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱 B．到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱 C．將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于θ D．將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于θ E．若使O處光強(qiáng)度再次最大，偏振片A、B均需轉(zhuǎn)過θ角 答案　ACD 解析　偏振片只能讓一定偏振方向的光通過，沒有樣品時(shí)，要使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，偏振片A、B的透振方向應(yīng)相同

19、；當(dāng)放入樣品時(shí)，由于樣品的“旋光角”是θ，光線經(jīng)過樣品后偏振方向不再與B的透振方向平行，故到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱，A正確，B錯(cuò)誤；偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于θ，使與偏振光的方向平行時(shí)，光到達(dá)O處的強(qiáng)度將再次最大，C正確；同理，D正確，E錯(cuò)誤。 12．(偏振與干涉的綜合)如圖所示，在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，下述情況能否看到干涉條紋？簡(jiǎn)單說明理由。 (1)在單色自然光源S后加一偏振片P； (2)在(1)情況下，再加偏振片P1、P2，P1與P2的透射光方向垂直。 答案　見解析 解析　(1)能。到達(dá)S1、S2的光是從同一線偏振光分解出來的，它們滿足相干條件，能看到干涉條紋，且由于偏振片很薄，對(duì)路

20、程差的影響可忽略，干涉條紋的位置與間距和沒有P時(shí)基本一致，只是光的強(qiáng)度由于偏振片的作用而減弱。 (2)不能。由于從P1、P2射出的光的振動(dòng)方向相互垂直，不滿足干涉條件，故光屏E被均勻照亮，無干涉現(xiàn)象，看不到干涉條紋。 13．(偏振與折射、反射的綜合)一束光由真空入射到平面玻璃上，當(dāng)其折射角為30°時(shí)，反射光恰好發(fā)生完全偏振(反射光線與折射光線垂直)，由此可以計(jì)算出玻璃的折射率是多少？此時(shí)的入射角稱為起偏角，也叫布儒斯特角，試求折射率為n的介質(zhì)的布儒斯特角的通用表達(dá)式。 答案　　θ1＝arctann 解析　光由真空進(jìn)入玻璃，光路圖如圖所示，根據(jù)折射定律可得n＝， 而θ1＋θ2＝90° 所以n＝＝tanθ1 由題意知θ2＝30°，n＝tanθ1＝ 所求的布儒斯特角為θ1， 可得表達(dá)式為θ1＝arctann。 - 9 -