人教版物理高二选修2-3第四章第四节激光的应用同步训练

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人教版物理高二选修2-3第四章
第四节激光的应用同步训练
一．选择题
1．下列说法中正确的是（ ）
A．在光导纤维束内传送图象是利用光的衍射现象
B．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉现象
C．全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的高亮度性
D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
答案：B
分析：从光现象形成的原因出发，把光现象与说明的问题对应起来：光导纤维是利用光的全反射；全息照片是利用了光的干涉，激光具有良好的相干性；偏振片是减少反射光的干扰；海市蜃楼与全的反射有关．
解析：解答：A、在光导纤维束内传送图象是利用了光的全反射原理；故A错误；
B、用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的薄膜干涉，即空气薄膜的前后两个表面反射的光相干涉，故B正确；
C、激光具有良好的相干性；全息照片就是利用了激光的相干性进行拍摄的；故C不正确；
D、拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片滤去反射光等偏振光；故D错误；
故选：B．
2．以下说法不正确的是（ ）
A．光纤通信利用了激光相干性好的特点
B．激光武器利用了激光亮度高的特点
C．激光写、读利用了激光亮度高的特点
D．激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光亮度高的特点
答案：C
解析：解答：A、由于激光频率单一、相干性好，故可用来光纤通信，故A正确．
BD、激光亮度高，能量大，激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光的这个特点．故BD正确．
C、激光方向性好、平行度高，可以会聚到很小的一点，激光写、读利用了激光的这个特点．故C错误．
本题选择不正确的．
故选：C．
分析：激光具有普通光所不具有的特点，可概括为三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）．
3．下列说法正确的是（ ）
A．光的偏振现象表明光波是纵波
B．多普勒效应是相对论效应
C．激光是人造光，具有相干性好、亮度高、平等度高的特点
D．单摆摆球质量越大，周期也越大
答案：C
解析：解答：A、光的偏振现象说明光是一种横波．故A错误．
B、多普勒是一种相对运动引起的，但不是相对论效应；故B错误；
C、激光是人造光，具有相干性好、亮度高、平等度高的特点．故C正确．
D、单摆摆球的周期与质量无关；故D错误；．
故选：C．
分析：偏振现象说明光是横波．激光是一种人造光，具有相干性好、能量大，亮度高，平等度高等优点；单摆的周期和质量无关．
4．关于光和波的相关知识及其应用，皋城高中高二学生提出以下四种观点，其中正确的是（ ）
A．激光能像无线电波那样用来传递信息
B．全息照相利用了激光方向性好的特点
C．声波和光波均为横波
D．同一声波在不同介质中传播速度不同，同一光波在不同介质中传播速度相同
答案：A
解析：解答：A、激光具有电磁波的一切性质，可以用来传递信息；故A正确；
B、全息照相是利用了激光的相干性来工作的，不是利用了方向性好；故B错误；
C、声波是纵波，光波是横波；故C错误；
D、声波和光波在同一种种介质中传播的速度均相同；故D错误；
故选：A．
分析：激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”．明确声波和光波的区别；并掌握好电磁波与机械波的区别与联系．
5．激光技术是在1960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，是因为它的方向性好，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．由于激光是平行光，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
答案：A
解析：解答：A、激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，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．
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，故B不正确．
C、用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光方向性好能量高，故C错误．
D、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，方向性好．故D错误．
故选：A
分析：激光具有普通光所不具有的特点，可概括为三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）．
6．激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛．下面关于激光的叙述正确的是（ ）
A．激光是横波、能量一定高于紫外线
B．颜色相同的激光在不同介质中的波长相同
C．两束频率不同的激光能产生干涉现象
D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
答案：D
解析：解答：A、激光属于电磁波，电磁波为横波，激光的能量由机关的频率决定，激光的能量不一定比紫外线高，故A错误；
B、颜色相同的激光频率相同，频率相同的激光在不同介质中波长不相同，真空中波长最长，其它介质中波长小于真空中波长，故B错误；
C、波产生干涉的前提条件是频率相同，两束频率不同的激光不能产生干涉现象，故C错误；
D、利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离，故D正确；
故选D．
分析：光的能量取决于光的频率，频率越高，光的能量越高；
光在传播过程中频率不变，波速越大，波长越长；
只有频率相同的光才有可能发生干涉；
利用激光平行度好的特点可以进行激光准直、激光测距等．
7．关于激光的应用，以下说法正确的是（ ）
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是高亮度光的特点来进行的
C．医学上用激光作“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：A
解析：解答：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，故A正确．
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，故B不正确．
C、医学上用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光方向性好，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C错误．
D、“激光测距雷达”利用激光测量很远距离的目标是因为激光平行度好，方向性好．故D错误．
故选：A
分析：激光具有普通光所不具有的特点，可概括为三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）．
8．下列说法正确的是（ ）
A．自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能获得偏振光
B．只要声源在运动，观察者总是感到声音的频率变高
C．全息照片往往用激光拍摄，主要是利用了激光的高相干性
D．将两个固有频率相同的音叉稍稍间隔一点距离并列放置，敲击其中一个音叉后用手将它按住，让它停止振动，却能听到未被敲击的音叉发出声音，这是声波的干涉现象
答案：C
解析：解答：A、自然界中的反射光等均属于偏振光；故A错误；
B、只有声源和观察者间有相对运动时才能观察到频率的变化；故B错误；
C、全息照片往往用激光拍摄，主要是利用了激光的高相干性；故C正确；
D、将两个固有频率相同的音叉稍稍间隔一点距离并列放置，敲击其中一个音叉后用手将它按住，让它停止振动，却能听到未被敲击的音叉发出声音，这是声波共鸣现象；故D错误；
故选：C．
分析：自然界中的反射光等均属于偏振光；只有声源相对观察者在运动时才能感到频率变化；激光具有相干性；相同频率的物体可以产生共振现象．
9．在做双缝干涉实验时，常用激光光源，这主要是应用激光的（ ）
A．相干性好B．反射性好C．亮度高的特性D．平行性好
答案：A
解析：解答：在做双缝干涉实验时，常用激光光源，这主要是应用激光的相干性好．
故选：A
分析：激光具有普通光所不具有的特点，可概括为三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）．
10．计算机光驱主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息，光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，无激光照射时，信号处理系统获得的电压为U0，有激光照射时，信号处理系统获得的电压为U，此光电计数器的基本工作原理是（ ）
A．当有光照R1时，U＞U0 B．当有光照射R1时，U＜U0
C．每当U＜U0时就计数一次D．每当U＞U0时就计数二次
答案：A
解析：解答：光敏电阻特征是有光照时其阻值减小，无光照时阻值会恢复．由电路图可知，光敏电阻与定值电阻串联，当光敏电阻阻值减小时，定值电阻两端电压升高，即信号处理系统获得的电压变大．A选项，当有光照R1时信号处理系统获得的电压变大，所以A选项正确；B选项，与A选项相反，故B选项不正确；
C选项，当信号处理系统获得的电压比无光照时信号处理系统获得的电压U0低时，则说明无光照．所以C选项不正确
D选项，当信号处理系统获得的电压比无光照时信号处理系统获得的电压U0高时，则说明有光照一次．所以D选项不正确
故选为：A
分析：由光敏电阻特征：有光照时其阻值会变化．这样会导致信号处理系统获得的电压发生变化，从而通过电压值的变化得知，是否有光照及光照次数．
11．在以下说法中，正确的是（ ）
A．当某列声波产生多普勒效应时，相应声源的振动频率一定发生变化
B．激光切割是利用了激光的相干性特点
C．机械波是介质传递波源质点以及振动能量的一种方式
D．迈克耳孙﹣莫雷实验结果表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的
答案：D
解析：解答：A、当某列声波产生多普勒效应时，波源的振动频率没有发生变化．故A错误．
B、激光切割是利用了激光亮度高的特点．故B错误．
C、机械波传播的是波的形式和能量，质点不随波迁移．故C错误．
D、根据光速不变原理知，不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的．故D正确．
故选D．
分析：发生多普勒效应时，波源发出的频率没有变化，是接收到的频率发生变化．激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特点．机械波传播的是波的形式和能量．根据光速不变原理判断光速是否发生变化．
12．关于激光的应用问题，下列说法中不正确的是（ ）
A．光纤通信是应用激光相干性的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的
B．计算机内的“激光头”读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点
C．医学上可用激光做“光刀”切除肿瘤是应用激光亮度高的特点
D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光相干性好的特点
答案：D
解析：解答：A、光纤通信是利用激光在光导纤维中来传递信息的，故A正确．
B、由于激光的平行度好，故用在计算机内的“激光头”读出光盘上记录的信息；故B正确；
C、激光具有亮度高的特点，即能量较大，故可用来切除肿瘤；故C正确；
D、“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光平行度好的特点；故D不正确；
故选：D
分析：激光具有平行度好，亮度高等特点；故可用来进行光纤通信及雷达测距等；
光纤通信是利用激光从光纤的一端射入，在内壁上多次反射后在另一端放射出来，然后在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息．
13．激光全息照相技术主要是利用激光的哪一种优良特性（ ）
A．亮度高B．方向性好
C．相干性好D．抗电磁干扰能力强
答案：C
解析：解答：激光全息照相技术拍摄可以记录光的强度、频率和相位，可以还原出立体照片，激光全息照相技术主要是利用激光的相干性特点；
故ABD错误，C正确；
故选：C．
分析：激光亮度高、方向性好、相干性好，常常运用于军事、通信、激光全息照相等领域．
14．医学上将激光束的宽度聚集到纳米的范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，除去癌症、遗传疾病等，这是利用了激光的（ ）
A．单色性B．平行性C．高能性D．粒子性
答案：C
解析：解答：激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中，从而可将激光束制成激光手术刀．故这里利用了激光的高能性；
故选：C．
分析：激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中，从而可将激光束制成激光手术刀．另外，由几何光学可知，平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小，再加之激光单色性好，经聚焦后无色散像差，使光斑尺寸进一步缩小，可达微米级以下，甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”．
15．关于激光的应用，下列说法不正确的是（ ）
A．不能利用激光进行通讯
B．利用激光进行远距离精确测量
C．.利用激光焊接剥落的视网膜
D．利用激光加工坚硬材料
答案：A
解析：解答：A、激光能够传递声音、图象等信息，因此可以利用激光进行通信，故A正确；
B、激光的定向性好，精准度高，可以进行长距离测距，故B正确；
C、激光的平行度好且能量高，在医学上可以用来进行激光手术，如用激光焊接剥落的视网膜；故C正确；
D、激光的强度很大，可以用来切割、加工较硬的材料，故D正确；
故选：A．
分析：（1）激光是光的一种，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”．它的亮度约为太阳光的100亿倍；（2）激光应用很广泛，主要有光纤通信、激光光谱、激光测距、激光雷达、激光切割、激光武器、激光唱片、激光指示器、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器．
二．填空题
16．红宝石激光器的工作物质红宝石含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光．铬离子的能级如图所示，E1是基态，E2是亚稳态，E3是激发态，若以脉冲氙灯发出波长为λ1的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受激发跃迁到E3，然后自发跃迁到E2，释放波长为λ2的光子，处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为 ．
答案：
解析：解答：由题意可知
根据
可得：E3﹣E1=
E3﹣E2=
设处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为λ3
E2﹣E1=
由以上各式可得
λ3=
分析：根据离子跃迁要辐射能量，由的公式，即可求解．
17．氦﹣氖激光器发出波长为633nm的激光，当激光器的输出功率为1mW时，每秒发出的光子数为 ．
答案：3.1×1015
解析：解答：每个光子的能量E=hγ，
设每秒（t=1s）激光器发出的光子数是n，
则Pt=nE，即：P=nh，
n===3.2×1015；
故答案为：3.1×1015．
分析：求出每个光子的能量，每秒内发出的光子数与每个光子能量的乘积是激光器每秒做的功，每个光子的能量E=hγ．
18．激光可以做成很细的光束，这是利用了激光的 的性质，激光是 （纵/横）波．在光导纤维中传递信息要比在真空中 （快/慢）．
答案：平行度好|横|慢
解析：解答：激光通讯是利用激光在光导纤维中多次反射来传递信息．
由于激光的频率较高，所以不容易发生衍射，平行度较好，激光属于电磁波，因此是横波．当激光在光导纤维中传递信息时，由于介质的折射率大于真空中，所以传播速度较真空中慢．
故答案为：平行度好；横；慢．
分析：所谓光纤通信，即是利用携带大量信息的激光在光导纤维中传递信息的．
19．激光具有的最主要特点是：（1） ；（2） ；（3） ．应用：（1） ；（2） ．
答案：相干性好|平行度好|亮度高|测量月球到地球的距离|光纤通信
解析：解答：激光相干性好，平行度好、亮度高等特点，利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离；光纤通信．
故答案为：相干性好，平行度好、亮度高；测量月球到地球的距离，光纤通信
分析：激光相干性好，平行度好、亮度高等特点，激光在生产与生活中有很多应用；掌握基础知识是正确解题的关键．
三．计算题
20．美国太空总署宣布，有颗名为2002NT7的小行星，可能在2019年2月1日撞上地球，给人类带来灾难或恐怖结果，专家指出，可以使用激光进行拦截，将其碎裂蒸发，人类获得的第一束激光是美国科学家梅曼于1960年宣布获得的，波长为0.6943微米，已知普朗克常量h=6.6×10﹣34J s，光速c=3×108m/s，则这束激光一个光子的能量J（结果保留两位有效数字）
答案：根据E=得，E=6.63×=2.9×10﹣19J．
解析：解答：根据E=得，E=6.63×=2.9×10﹣19J．
故答案为：2.9×10﹣19J
分析：由题意明确光子的波长及光速，根据E=hv=求出光子的能量．
21．利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的因糖尿病引起视网膜病变的患者都可以避免失明的严重后果，一台功率为10W的激光器，能发出波长λ=500nm的激光，用它“点焊“视网膜，每次”点焊”需要2×10﹣3J的能量，则
（1）每次“点焊”视网膜的时间是多少s？
答案：已知激光器的功率P=10W，每次“点焊”需要的能量E=2×10﹣3J，
根据E=Pt得：每次“点焊”视网膜的时间是：
t==2×10﹣4s
（2）在这段时间内发出的激光光子的数量是多少个．（普朗克恒量h=6.63×10﹣34J s，结果保留一位有效数字）
答案：设每个光子的能量为E0，则E0=hγ=
在这段时间内发出的激光光子的数量：n==个≈5×1015个
故答案为：2×10﹣4s，5×1015个
解析：解答：（1）已知激光器的功率P=10W，每次“点焊”需要的能量E=2×10﹣3J，
根据E=Pt得：每次“点焊”视网膜的时间是：
t==2×10﹣4s（2）设每个光子的能量为E0，则E0=hγ=
在这段时间内发出的激光光子的数量：n==个≈5×1015个
故答案为：2×10﹣4s，5×1015个
分析：激光器的功率为10W，每秒发出10J的能量，能量公式E=Pt求出每次“点焊”视网膜的时间．每个光子的能量为E0=hγ=，由每次“点焊”需要的能量与每个光子的能量之比求出光子数．
22．一种用于激光治疗的氦分子激光器，输出337.1nm波长的激光，激光脉冲的时间约为10﹣9s，输出脉冲时的功率为106W，每秒输出的脉冲个数是100个．这种激光器的平均输出功率为多少？
答案：解答：每秒输出的能量为：100×10﹣9s×106W=0.1J
则=0.1W，故答案为：0.1W．
解析：
分析：先求出每秒输出的能量，然后用公式求平均功率．
23．某脉冲激光器的耗电功率为2×103瓦，每秒钟输出10个光脉冲，每个脉冲持续的时间为10﹣8秒，携带的能量为0.2焦耳，则
（1）每个脉冲的功率为多少瓦？
答案：每个脉冲的功率P=W=2×107W
（2）该激光器将电能转化为激光能量的效率为多少？
答案：1s内激光产生的能量E1=0.2×10=2J，消耗的电能E2=2000J，则效率η==0.001=0.1%
解析：解答：（1）每个脉冲的功率P=W=2×107W．（2）1s内激光产生的能量E1=0.2×10=2J，消耗的电能E2=2000J，则效率η==0.001=0.1%．
故答案为：2×107，0.1%．
分析：根据每个脉冲持续的时间和携带的能量求出每个脉冲的功率．分别求出1s内产生的激光能量，从而得出激光器将电能转化为激光能量的效率．
24．激光是一种人造光，其主要特点有那些？
答案：解答：激光是一种人造光，激光的主要特点是相干性好、平行度好、亮度高．
故答案为：相干性好、平行度好、亮度高．
解析：
分析：激光的主要特点是相干性好、平行度好、亮度高，从而即可求解．
25．解答下面两小题：
（1）列举激光的两个特性？
答案：单色性好、方向性好、亮度高，或者是：平行性好、能量集中等
（2）举出激光的两种用途？
答案：用作相干光源、用于测量距离、外科手术、经书穿孔与切割、激光雷达等
解析：解答：激光的特性有：单色性好、方向性好、亮度高，或者是：平行性好、能量集中等；
激光的用途有：用作相干光源、用于测量距离、外科手术、经书穿孔与切割、激光雷达等．
故答案为：（1）平行性好；能量集中．（2）用作相干光源；用于测量距离．
分析：根据激光的特性和用途答题即可，这些是识记性的知识要熟知的．
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