18.5激光（人教新课标3-5）
文档属性
| 名称 | 18.5激光（人教新课标3-5） |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 1.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2009-12-24 19:27:00 | ||
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文档简介
普通高中课程标准实验教科书—物理（选修3－5）[人教版]
第十八章 原子结构
新课标要求
1．内容标准
（1）了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。
例1 用录像片或计算机模拟，演示α粒子散射实验。
（2）通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。
例2 了解光谱分析在科学技术中的应用。
2．活动建议
观看有关原子结构的科普影片。
新课程学习
18．5 激光
★新课标要求
（一）知识与技能
1．了解激光产生的机理.
2．通过阅读，收集整理相关资料，认识激光器的构成和常见激光器
（二）过程与方法
1．通过课外阅读，收集整理有关激光应用的资料，培养加工处理信息的能力.
2．通过对激光的特点及应用的学习，培养应用物理知识解决实际问题的能力.
（三）情感、态度与价值观
通过对激光应用的学习，使学生感受到科学知识的无究力量，培养热爱科学的品质
★教学重点
激光产生的机理
★教学难点
激光产生的机理。
★教学方法
教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：
投影片，多媒体辅助教学设备
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
教师：我们已经学习了氢原子光谱，了解了有关物质发光的知识。对于普通的光源，如白炽灯，灯丝原子吸收了电流做功产生的热被激发到高能级，即处于激发态，处于高能级的原子是不稳定的，会自发地向更低能级跃迁，同时放出光子，这就是自发发射。经过一个或多个这样的过程，原子最终回到基态。在原子自发发射过程中，包含了各种频率的光，因此，这种普通光源发出的光不是相干光。
今天我们就来学习一种不同于自发发射的光，这种光被称为激光。英文缩写为Laser，中文也常音译为“镭射”。
（二）进行新课
1．激光的产生机理
（1）概念：
激光准确内涵是“来自受激辐射的放大、增强的光”。
英文全称为Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
缩写为Laser，中文也常音译为“镭射”。
（2）产生机理：
激光的产生原理是利用了物质原子受激辐射后发生跃迁的特性。
激光的产生包括以下三个步骤：
a、设置工作物质（发光物质——可以是气体、液体或固体）；b、泵浦（补充能量）实现粒子数反转→受激辐射；c、谐振腔（内连续来回反射、振荡）诱发同性质的跃迁→使同频率、同相位的受激辐射得以放大。
（课件展示）
2．激光器
（1）激光器的组成
引导学生阅读教材，然后学生回答。
（2）激光器的种类
引导学生阅读教材，然后学生回答。
a、气体激光器（氦氖激光器、氩离子激光器、“隐形杀手”二氧化碳激光器）；b、液体、化学和半导体激光器（“变色龙”染料激光器、“死光”氟化氢激光器、砷化镓激光器）；c、固体激光器（红宝石激光器、钇铝石榴石激光器）。
（课件展示。）
3．激光的特性和应用
激光的特点：a、单色性；b、方向性；c、相干性；d、高亮度（能量）
（1）天文领域：激光望远镜测天体距离。
（2）工业材料的加工：激光雕刻、切割、焊接。
（3）医学领域：激光手术。
（4）信息技术领域：a、信息传输（激光光纤）；b、信息存储（激光刻录CD、DVD、软件）。
（5）军事领域：a、激光制导炸弹；b、激光热武器。
（课件展示。）
（三）课堂小结
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）作业：课本P72问题与练习。阅读71页“STS”
教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
附：【阅读材料】
1．关于激光的概念
LASER：Light（光） Amplification（放大） by Stimulated（增强） Emission（发射） of Radiation（辐射&发光）。
泵浦：能把大量的处于基态能级的电子激发到高能级上去的装置。常见的泵浦有光源、化学能源（固体工作物质多用光照射法，气体工作物质多用放电法）。
粒子数反转：属于高能态的电子比属于低能态的电子数多（所谓“反转”，是因为这种状况突破了“正常”的玻耳兹曼分布规律）。
2．各种激光器
氩离子激光器：它可以发出鲜艳的蓝绿色光，可连续工作，输出功率达100多瓦。因为人眼对蓝绿色的反应很灵敏，眼底视网膜上的血红素、叶黄素能吸收绿光，所以在眼科上用得最多。氩离子激光器发出的蓝绿色激光还能深入海水层，而不被海水吸收，因而可广泛用于水下勘测作业。
化学激光器：是用化学反应来产生激光的，如氟原子和氢原子发生化学反应时，能生成处于激发状态的氟化氢分子。当两种气体迅速混合后，就能直接从化学反应中获得很强大的光能。这类激光器比较适合于野外工作，或用于军事目的，令人畏惧的死光武器就是应用化学激光器的一项成果。
“隐身”激光器：二氧化碳激光器可称“隐身人”，因为它发出的激光波长为10.6微米，“身”处红外区，肉眼不能觉察，它的工作方式有连续、脉冲两种。连接方式产生的激光功率可达20千瓦以上。脉冲方式产生的波长10.6微米激光也是最强大的一种激光。人们已用它来“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出现是激光发展中的重大进展，也是光武器和核聚变研究中的重大成果。
“变色”激光器：工作物质就是染料，如碳花青、若丹明和香豆素等等。气体产生的激光有明确的波长，而染料产生的激光，波长范围较广，或者说有多种色彩。染料激光器的光学谐振腔中装有一个称为光栅的光学元件。通过它可以根据需要选择激光的色彩，就像从收音机里选听不同频率的无线电台广播一样。这种激光器主要用于光谱学研究。
3．关于激光的应用
上海天文台60厘米卫星激光望远镜：上海天文台的第三代卫星激光测距系统建立于1986年，主要由60厘米口径的望远镜、自滤波锁模激光器、高精度时间间隔计数器和时频系统等部分组成。由于采用了先进的单光子雪崩二极管接收器，以及卫星跟踪和测量过程由计算机自动控制，使测量精度大大提高。目前这台仪器可测量的最大距离是二万公里，精确度为1.5－2厘米。经过多年努力，1998年上海天文台的SLR系统在国内第一个实现了白天激光测距，达到了世界先进水平，从而不仅使观测数量增加一倍，还能保证所有卫星轨道都能取得观测资料，对提高定轨精度及应用研究极为重要。上海天文台SLR站是中国SLR联测网的负责单位，也是国家大科学工程“地壳运动观测网络”的重要观测基地之一，同时与国外SLR站有着密切的合作关系，是国际激光测距服务（ILRS）和西太平洋激光跟踪网的重要组成单位。
信息存储：激光在贮存信息方面有全息照相、光学计算机、光盘等。以往的光学图象只能记录光的强度，利用激光既可以记录光的强度又可以记录光的相位，即可以记录光的全部信息，因此称为全息照相。照出的图象是立体的。利用激光的相干性，人们正在研究光学计算机。光学计算机与电子计算机相比，具有运算速度快、信息容量大的优点。它的信息处理过程接近于人眼和大脑的观察与识别外界事物的过程。光盘即激光视盘，是利用激光贮存信息的“唱片”。它是由两片透明塑料组成，塑料片上涂有一层反射膜。光盘的厚度约1毫米，直径为20～30厘米，两面都可使用。用光盘播放时，首先由半导体激光器发出激光，一台小型计算机控制激光来扫描，得到以数字形式输入的脉冲信号，再由计算机转换成电视信号传给电视机。用光盘播放的音像质量高，使用寿命长，而且光盘中记录的每幅图象都有编号，可以任意选取，非常方便。
激光武器：激光武器分为激光制导炸弹和激光热武器两种。激光制导炸弹在攻击目标时，由目标指示飞机发射激光，照射目标，由运载机投弹，制导炸弹（即导弹）则根据从目标反射回来的激光飞向目标。这种炸弹偏离目标不大于10米，而普通炸弹则通常平均偏离目标在100米左右。激光热武器是利用激光的热效应来破坏目标的。轻型的激光热武器可称为激光枪，可用来杀伤人员，重型的称为激光炮，可烧毁装甲车、飞机、导弹和卫星等。激光热武器的优点是速度快，命中率高。缺点是不能大面积摧毁目标。制造激光热武器要求有大功率的激光器，目前有一些技术难题尚未完全解决，还处于研制阶段。
4．发展大事记：
a、1916年，爱因斯坦提出“受激辐射”（和“自发辐射”对立）理论；
b、1928年，德国的光谱学家拉登堡（R.W.Ladenburg）发现“负色散现象”；
c、1947年，兰姆（W.E.Lamb，jr.）和雷瑟福（R.C.Retherford）指出，通过粒子数反转可以期望实现感应辐射（即受激辐射）；
d、1953年，美国的汤斯小组制成“微波激射器”；
e、1958年，肖洛和汤斯的论文《红外区和光学激射器》论证了将微波激射技术扩展到红外区和可见光区的可能性；
f、1960年，美国的梅曼制成第一台红宝石激光器；
g、1961年，我国第一台红宝石激光器在长春光机所诞生。
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第十八章 原子结构
新课标要求
1．内容标准
（1）了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。
例1 用录像片或计算机模拟，演示α粒子散射实验。
（2）通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。
例2 了解光谱分析在科学技术中的应用。
2．活动建议
观看有关原子结构的科普影片。
新课程学习
18．5 激光
★新课标要求
（一）知识与技能
1．了解激光产生的机理.
2．通过阅读，收集整理相关资料，认识激光器的构成和常见激光器
（二）过程与方法
1．通过课外阅读，收集整理有关激光应用的资料，培养加工处理信息的能力.
2．通过对激光的特点及应用的学习，培养应用物理知识解决实际问题的能力.
（三）情感、态度与价值观
通过对激光应用的学习，使学生感受到科学知识的无究力量，培养热爱科学的品质
★教学重点
激光产生的机理
★教学难点
激光产生的机理。
★教学方法
教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：
投影片，多媒体辅助教学设备
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
教师：我们已经学习了氢原子光谱，了解了有关物质发光的知识。对于普通的光源，如白炽灯，灯丝原子吸收了电流做功产生的热被激发到高能级，即处于激发态，处于高能级的原子是不稳定的，会自发地向更低能级跃迁，同时放出光子，这就是自发发射。经过一个或多个这样的过程，原子最终回到基态。在原子自发发射过程中，包含了各种频率的光，因此，这种普通光源发出的光不是相干光。
今天我们就来学习一种不同于自发发射的光，这种光被称为激光。英文缩写为Laser，中文也常音译为“镭射”。
（二）进行新课
1．激光的产生机理
（1）概念：
激光准确内涵是“来自受激辐射的放大、增强的光”。
英文全称为Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
缩写为Laser，中文也常音译为“镭射”。
（2）产生机理：
激光的产生原理是利用了物质原子受激辐射后发生跃迁的特性。
激光的产生包括以下三个步骤：
a、设置工作物质（发光物质——可以是气体、液体或固体）；b、泵浦（补充能量）实现粒子数反转→受激辐射；c、谐振腔（内连续来回反射、振荡）诱发同性质的跃迁→使同频率、同相位的受激辐射得以放大。
（课件展示）
2．激光器
（1）激光器的组成
引导学生阅读教材，然后学生回答。
（2）激光器的种类
引导学生阅读教材，然后学生回答。
a、气体激光器（氦氖激光器、氩离子激光器、“隐形杀手”二氧化碳激光器）；b、液体、化学和半导体激光器（“变色龙”染料激光器、“死光”氟化氢激光器、砷化镓激光器）；c、固体激光器（红宝石激光器、钇铝石榴石激光器）。
（课件展示。）
3．激光的特性和应用
激光的特点：a、单色性；b、方向性；c、相干性；d、高亮度（能量）
（1）天文领域：激光望远镜测天体距离。
（2）工业材料的加工：激光雕刻、切割、焊接。
（3）医学领域：激光手术。
（4）信息技术领域：a、信息传输（激光光纤）；b、信息存储（激光刻录CD、DVD、软件）。
（5）军事领域：a、激光制导炸弹；b、激光热武器。
（课件展示。）
（三）课堂小结
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）作业：课本P72问题与练习。阅读71页“STS”
教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
附：【阅读材料】
1．关于激光的概念
LASER：Light（光） Amplification（放大） by Stimulated（增强） Emission（发射） of Radiation（辐射&发光）。
泵浦：能把大量的处于基态能级的电子激发到高能级上去的装置。常见的泵浦有光源、化学能源（固体工作物质多用光照射法，气体工作物质多用放电法）。
粒子数反转：属于高能态的电子比属于低能态的电子数多（所谓“反转”，是因为这种状况突破了“正常”的玻耳兹曼分布规律）。
2．各种激光器
氩离子激光器：它可以发出鲜艳的蓝绿色光，可连续工作，输出功率达100多瓦。因为人眼对蓝绿色的反应很灵敏，眼底视网膜上的血红素、叶黄素能吸收绿光，所以在眼科上用得最多。氩离子激光器发出的蓝绿色激光还能深入海水层，而不被海水吸收，因而可广泛用于水下勘测作业。
化学激光器：是用化学反应来产生激光的，如氟原子和氢原子发生化学反应时，能生成处于激发状态的氟化氢分子。当两种气体迅速混合后，就能直接从化学反应中获得很强大的光能。这类激光器比较适合于野外工作，或用于军事目的，令人畏惧的死光武器就是应用化学激光器的一项成果。
“隐身”激光器：二氧化碳激光器可称“隐身人”，因为它发出的激光波长为10.6微米，“身”处红外区，肉眼不能觉察，它的工作方式有连续、脉冲两种。连接方式产生的激光功率可达20千瓦以上。脉冲方式产生的波长10.6微米激光也是最强大的一种激光。人们已用它来“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出现是激光发展中的重大进展，也是光武器和核聚变研究中的重大成果。
“变色”激光器：工作物质就是染料，如碳花青、若丹明和香豆素等等。气体产生的激光有明确的波长，而染料产生的激光，波长范围较广，或者说有多种色彩。染料激光器的光学谐振腔中装有一个称为光栅的光学元件。通过它可以根据需要选择激光的色彩，就像从收音机里选听不同频率的无线电台广播一样。这种激光器主要用于光谱学研究。
3．关于激光的应用
上海天文台60厘米卫星激光望远镜：上海天文台的第三代卫星激光测距系统建立于1986年，主要由60厘米口径的望远镜、自滤波锁模激光器、高精度时间间隔计数器和时频系统等部分组成。由于采用了先进的单光子雪崩二极管接收器，以及卫星跟踪和测量过程由计算机自动控制，使测量精度大大提高。目前这台仪器可测量的最大距离是二万公里，精确度为1.5－2厘米。经过多年努力，1998年上海天文台的SLR系统在国内第一个实现了白天激光测距，达到了世界先进水平，从而不仅使观测数量增加一倍，还能保证所有卫星轨道都能取得观测资料，对提高定轨精度及应用研究极为重要。上海天文台SLR站是中国SLR联测网的负责单位，也是国家大科学工程“地壳运动观测网络”的重要观测基地之一，同时与国外SLR站有着密切的合作关系，是国际激光测距服务（ILRS）和西太平洋激光跟踪网的重要组成单位。
信息存储：激光在贮存信息方面有全息照相、光学计算机、光盘等。以往的光学图象只能记录光的强度，利用激光既可以记录光的强度又可以记录光的相位，即可以记录光的全部信息，因此称为全息照相。照出的图象是立体的。利用激光的相干性，人们正在研究光学计算机。光学计算机与电子计算机相比，具有运算速度快、信息容量大的优点。它的信息处理过程接近于人眼和大脑的观察与识别外界事物的过程。光盘即激光视盘，是利用激光贮存信息的“唱片”。它是由两片透明塑料组成，塑料片上涂有一层反射膜。光盘的厚度约1毫米，直径为20～30厘米，两面都可使用。用光盘播放时，首先由半导体激光器发出激光，一台小型计算机控制激光来扫描，得到以数字形式输入的脉冲信号，再由计算机转换成电视信号传给电视机。用光盘播放的音像质量高，使用寿命长，而且光盘中记录的每幅图象都有编号，可以任意选取，非常方便。
激光武器：激光武器分为激光制导炸弹和激光热武器两种。激光制导炸弹在攻击目标时，由目标指示飞机发射激光，照射目标，由运载机投弹，制导炸弹（即导弹）则根据从目标反射回来的激光飞向目标。这种炸弹偏离目标不大于10米，而普通炸弹则通常平均偏离目标在100米左右。激光热武器是利用激光的热效应来破坏目标的。轻型的激光热武器可称为激光枪，可用来杀伤人员，重型的称为激光炮，可烧毁装甲车、飞机、导弹和卫星等。激光热武器的优点是速度快，命中率高。缺点是不能大面积摧毁目标。制造激光热武器要求有大功率的激光器，目前有一些技术难题尚未完全解决，还处于研制阶段。
4．发展大事记：
a、1916年，爱因斯坦提出“受激辐射”（和“自发辐射”对立）理论；
b、1928年，德国的光谱学家拉登堡（R.W.Ladenburg）发现“负色散现象”；
c、1947年，兰姆（W.E.Lamb，jr.）和雷瑟福（R.C.Retherford）指出，通过粒子数反转可以期望实现感应辐射（即受激辐射）；
d、1953年，美国的汤斯小组制成“微波激射器”；
e、1958年，肖洛和汤斯的论文《红外区和光学激射器》论证了将微波激射技术扩展到红外区和可见光区的可能性；
f、1960年，美国的梅曼制成第一台红宝石激光器；
g、1961年，我国第一台红宝石激光器在长春光机所诞生。
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