高中6 光的偏振 激光教学设计及反思

第四章 光

光的偏振 激光

教学设计

学习目标

一、知识与技能

1、知道振动中的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。

2、知道偏振光与自然光的区别，知道光的偏振说明光是横波。

3、了解激光的特点；了解激光的应用。

二、过程与方法

1、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。

2、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。

三、情感态度与价值观

通过对激光的应用的学习，使学生感受到科学知识的无穷力量，培养热爱科学的品质。

重点难点

1、光的偏振实验的观察和分析。（重点）

2、激光与自然光的区别以及激光的特点和应用。（重点）

3、光的振动与自然光和偏振光的联系。（难点）

4、激光与自然光的区别。（难点）

教学准备

课件

教学过程

一、导入新课：

【教师引入课程】回忆上一章横波和纵波的概念，举例说一说什么横波？什么是纵波？

振动方向与传播方向垂直的波叫作横波，抖动水平软绳时产生的波就是横波。振动方向与传播方向一致的波叫作纵波，水平悬挂的弹簧一端振动时形成的沿弹簧传播的波就是纵波。

二、讲授新课： 

1、偏振

【教师引导】通过前几节课的学习，我们已经知道光具有波动性。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。

【演示实验】演示实验，观察现象

观察甲、乙、丙三图及其中的实验装置，教师进行演示，并引导要求学生仔细观察波传到狭缝时的情况，观察波能否通过狭缝传到木板的另一侧。

抖动水平软绳，产生横波，穿过竖直木板狭缝，改变狭缝方向，观察现象；弹簧一端振动形成的沿弹簧传播的纵波，穿过方向不同的两个木板狭缝，观察现象。

【教师提问】根据上述实验现象，同学们能否自行描述实验现象？

【学生活动】对于绳子上形成的横波，当狭缝与振动方向一致时，波不受阻碍，能通过狭缝，传播到木板的另一侧；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侧。对于弹簧上形成的纵波，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的另一侧。

【教师引导】在绳子上的横波传播的过程中，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传播到木板的另一侧。横波的这种现象称为偏振现象。

【教师补充】大家可能已经发现，纵波不会发生偏振现象，所以，根据是否能发生偏振现象，我们可以判断一个机械波是横波还是纵波。

2、光的偏振

【教师演示】如图甲，让阳光或灯光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以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偏振片，透射光的强度变化吗？

在偏振片P的后面再放另一个偏振片Q（图乙），以光的传播方向为轴旋转偏片Q（图丙），观察通过两块偏振片的透射光的强度变化。

我们称偏振片P为起偏器，偏振片Q为检偏器。

【教师引导】请大家观察一下这个薄片，它在我们这个演示实验中的作用与前面带有狭缝的木板类似，它上面有一个特殊的方向称为透振方向，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实验现象。

【教师提问】用一个起偏器观察自然光，偏振片是透明的，以光的传播方向为轴旋转P时，透射光的强度不变。同学们能通过这个现象得到什么结论吗？

【学生回答】光可能是纵波。与前面的纵波实验类比得到。

【教师提示】假如波是横波且沿各个方向都有振动，那么光可能是横波。

【演示实验】加上检偏器Q，当Q的透振方向与P的透振方向一致时，透射光的强度最大。

以光的传播方向为轴旋转Q时，透射光的强度减弱。当Q与P透振方向垂直时，屏上最暗，光强几乎为0。

【教师提问】根据观察到的实验现象，现在大家能判断光是横波还是纵波了吗？

【学生回答】光是横波。

【教师补充】由于我们这里用了太阳光作为光源，而太阳光包含了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，这种光叫自然光。通过起偏器后，这种光就成了偏振光，它只能沿某一特定方向振动。

【教师引导】光振动沿各个方向是均匀分布的，经过起偏器后光振动就只能沿透振方向而成为偏振光，这就是偏振光的来源。

【教师补充】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。

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、偏振现象的应用

【教师引导】这节课我们学到了光的偏振现象，到这个现象在生活中有什么应用呢？

【教师补充】（1）经玻璃等光滑表面反射的光多为偏振光，当偏振光的振动方向与偏振片透振方向相同，透射光强度最大，当偏振光的振动方向与偏振片透振方向垂直时，透射光强度最小。

（2）为了避免反射光对摄影、行车带来影响，利用光的偏振原理，在摄像机及车前窗玻璃处安装偏振片，使偏振片的透振方向与反射光的振动方向垂直，减小反射光的透过。

4、激光的特点及其应用

【教师引导】了解自然光和激光

通过表格中的比较，同学们可以看到，激光的一个重要特点就是它是一种人工相干光。激光还有许多与自然光不同的特点。

【教师补充】根据书上提供的激光的资料，我们可以总结一下激光的特点及应用

【教师总结】本节课我们通过演示实验，认识了机械波中横波的偏振现象；通过类比实验，认识了光的偏振现象及自然光与偏振光；通过实例，了解了光的偏振现象的应用；通过阅读书上材料，了解了激光和自然光的区别，认识了激光的特点，了解了激光的应用；通过课堂交流，加深了对激光特点的了解，拓展了对激光应用的认识。

课堂练习

1、如图所示,人眼隔着偏振片B、A去看一只电灯泡S,一束透射光都看不到,那么,以下说法中哪些是正确的(   )

A.使A和B同时转过90°,能够看到透射光 

B.单使B转过90°过程中,看到光先变亮再变暗
C.单使B转过90°过程中,看到光逐渐变亮 

D.单使A转动时,始终看不到透射光

答案：C

2、如图所示,让太阳光或白炽灯发出的光通过偏振片P和Q,以光的传播方向为轴旋转偏振片P和Q,可以看到透射光的强度会发生变化,这个实验说明(   )

A.光是电磁波           B.光是一种横波
C.光是一种纵波          D.光是概率波

答案：B

3、全息照相在拍摄过程中,应用了激光的(   )

A.干涉 B.衍射 C.偏振 D.直线传播

答案：A

4、如图所示,一束自然光通过起偏器照射到光屏上,则图中光屏上发亮的有(起偏器上用箭头表示其透射方向)(   )
A. B.

C. D.

答案：ABD

5、下面关于光的偏振现象的应用正确的是（   ）

A.自然光通过起偏器后成为偏振光，利用检偏器可以检验出偏振光的振动方向

B.立体电影利用了光的偏振现象

C.茶色眼镜利用了光的偏振现象

D.拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响

答案：ABD

6、关于激光的应用，下列说法正确的是(   )

A.光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号来进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息

B.计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点

C.医学上用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点

D.“激光测距雷达”利用激光测量很远距离的目标是应用了激光亮度高的特点

答案：BC

板书设计

4. 3 光的干涉

一、偏振

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垂直。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。

2、横波的振动方向称为偏振方向。

二、光的偏振

1、偏振片的特定方向称为透振方向。

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，沿着某个特定的方向振动的光。

三、激光的特点和应用

1、相干性与应用

（1）相干性：只有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光才是相干光，激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性。

（2）应用：用来传播信息。光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物，电磁波的频率越高，它所携带的信息量越大，所以激光可以比无线电波携带更多的信息。

2、平行度及应用

（1）平行度：激光的平行度非常好，所以它在传播很远的距离后仍能保持一定的强度。

（2）应用：进行精确的测距。多用途的激光雷达不仅可以测量距离，而且能根据多普勒效应测出目标的运动速度。

3、亮度及应用

（1）亮度高，它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。

（2）可用激光束来切割、焊接以及在很硬的材料上打孔，医学上可以用激光做 “光刀”来切开皮肤、切除肿瘤，还可以用激光“焊接”剥落的视网膜。

教学后记

引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。