2021-2022学年鲁科版（2019）高中物理选择性必修第一册5.5 激光与全息照相 学案

第5节　激光与全息照相 学案
学习目标：
基础知识：
一．激光及其特性
1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室制造出了传播方向、偏振、相位等性质完全相同的光波，这就是激光．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．
(1)激光器
产生激光的装置．
(2)激光及特性
激光是原子受激辐射产生的光，激光光束中所有光子的频率一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致，所以激光具有单色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特点．
二．激光的应用
(1)激光音乐喷泉
(2)激光扫描条形码
(3)激光测量
(4)激光治疗
三．全息照相
全息照相是应用光的干涉实现的．作为光源的激光被分成两部分：一部分通过凹透镜发散后射至胶片上；另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另一个凹透镜发散后射向被拍摄的物体．该物体把光反射到胶片上，并与第一束光发生干涉，两束光干涉的结果就在胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息，这就是全息照片．
重难点理解：
激光的特性
1．激光的产生
激光是原子受激辐射产生的光，传播方向、频率、偏振、相位等性质完全相同．
2．激光具有的特点
(1)相干性好：所谓相干性好，是指容易产生干涉现象．普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的，而激光器发出的激光的频率几乎是单一的，并且满足其他的相干条件．所以，现在我们做双缝干涉实验时，无需在双缝前放一个单缝，而是用激光直接照射双缝，就能得到既明亮又清晰的干涉条纹．利用相干光易于调制的特点传输信息，所能传递的信息密度极高，一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视，全国人民同时通话还用不完它的通讯容量．
(2)平行度好：与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距．现在利用激光测量地月距离精确度已达到1 m.
(3)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．如果把强大的激光束会聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温．
(4)单色性好：激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的．
典例1、(多选)激光技术是在1958年发明的．激光被誉为神奇的光．关于激光的应用，下列说法中正确的是(　　)
A．激光用来控制核聚变，是因为它的平行度好，光源的能量就集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度
B．由于激光是相干光，所以它能像无线电波那样被调制，用来传递信息
C．用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响
D．能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光通过地球大气不会发生折射
解析：选AB．激光用来控制核聚变，是因为它的平行度好，光源的能量就集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度，故A正确；由于激光是相干光，所以它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故B正确；用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光平行度好、能量高；能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光平行度好，但都会不同程度地受大气影响，故C、D错误．
典例2、(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．如果地球表面没有大气层，太阳照亮地球的范围要比有大气层时略大些
B．激光是一种人工产生的相干光，因此可对它进行调制来传递信息
C．激光雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度，从而对目标进行跟踪
D．从本质上说激光是一种横波
解析：如果地球表面没有大气层，太阳照亮地球的范围要比有大气层时略小些；激光是一种人工产生的相干光，因此可对它进行调制来传递信息；激光雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度，从而对目标进行跟踪；激光是一种横波，故B、C、D正确.
巩固练习：
1. 　(多选)对激光的认识，下列说法中正确的是(　　)
A．普通光源发出的光都是激光
B．激光是自然界普遍存在的一种光
C．激光是一种人工产生的“纯净”光
D．激光已经深入到我们生活的各个方面
2.(多选)关于激光与自然光，下列说法正确的是(　　)
A．激光的频率单一，而自然光含有各种频率的光，所以激光的相干性好
B．自然光是由物质的原子发射出来的，而激光是人工产生的，所以激光不是由物质的原子发射出来的
C．激光和自然光都具有相同的本质，它们都是由原子的跃迁产生的
D．相干性好是激光与普通光的根本区别
3．原子发生受激辐射时，发出的光的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，形成激光．激光测距仪——激光雷达(发出极短时间的激光脉冲)用来测量距离可以达到很高的精度，同时它还能测定被测目标的方位、运动速度和轨道，甚至能描述目标的形状，进行识别和自动跟踪．
(1)说明激光的主要特点．
(2)1969年7月，美国“阿波罗”宇宙飞船在登月科考活动中，在月球上安放了一台激光反射器，这台反射器成功地解决了用激光测量月地间距离的问题．请分析这台激光反射器用什么光学仪器好．
(3)在光的干涉实验中，为什么使用激光产生的干涉现象最清晰？
(4)激光束可切割物质，焊接金属以及在硬质难溶物体上打孔，是利用了激光的什么性质？
参考答案：
1.　CD2. ACD．
3. 答案：(1)亮度高，单色性好，相干性好，平行度好 (2)全反射棱镜
(3)激光单色性好，相干性好 (4)激光高能量且平行度好