自我小测
1关于激光所具有的特点，下列中说法正确的是( )
A．激光相干性好 B．激光平行度好
C．激光亮度高 D．激光易色散
2以下说法正确的是( )
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、读是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
3利用激光束来切割各种物质，是利用激光的 …( )
A．相干性好的特点
B．方向性好、平行度高的特点
C．亮度高的特点
D．单色性好的特点
42001年国家最高科学技术奖授予中科院院士王选，表彰他在激光排版上的重大科技贡献．激光是一种电磁波，某种排版系统中激光频率为4×1014 Hz，则该激光的波长为( )
A．0.25 μm B．0.50 μm C．0.75 μm D．1.33×10－6 m
5以下说法正确的是( )
①光的偏振现象说明光是电磁波 ②紫外线是原子外层电子受激发产生的 ③泊松亮斑是一种光的衍射现象 ④原子自发辐射的光是激光
A．① B．②③ C．①②③④ D．①②③
6下列说法正确的是( )
A．两支铅笔靠在一起，自然光从笔缝中通过后就成了偏振光
B．偏振光可以是横波，也可以是纵波
C．因为激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象
D．激光可以像刀子一样切除肿瘤
7早上太阳从东方升起，人们看到太阳是红色的，这是因为( )
A．红光沿直线传播
B．红光的波长长，衍射现象明显
C．红光的折射率小，传播速度大
D．红光更容易引起人们的视觉
8一水平放置的圆盘绕竖直固定的轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为2 mm的狭缝，将激光器与传感器上下对准，使二者接线与转动轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动．激光器连续向下发射激光束，在圆盘转动的过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机．经处理后画出相应图线，图4－7－1甲为该装置示意图，图4－7－1乙为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中Δt1＝1.0×10－3 s，Δt2＝0.8×10－3 s.
图4－7－1
(1)利用图乙中的数据求1 s时圆盘转动的角速度；
(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向；
(3)求在图乙中第三个激光信号的时间Δt3.
9(探究)由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作高速传输信息的载体．要使射到粗细均的圆形光导纤维的一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，那么光导纤维所用的材料的折射率至少应是多少？
参考答案
1解析：由于激光可以看作是频率稳定的光，频率决定颜色，即激光可看作是单色，当然不能发生色散，故D错．
答案：ABC
2解析：利用激光的相干性进行信息的传递．例如光纤通信；利用激光的平行度好进行精确测量和数据采集；利用激光的亮度进行激光切割和焊接．
答案：ABD
3解析：由于其亮度高可以切割物质，医学上作“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤等．
答案：C
4解析：根据公式v＝λf可以有
λ＝＝ m＝0.75×10－6 m＝0.75 μm.
答案：C
5解析：光的偏振现象说明光是一种横波，原子自发辐射是自然光．
答案：B
6解析：两支普通铅笔靠在一起，中间的缝远远地大于光的波长，因此，光从中通过时不会成为偏振光；光是横波，偏振光也是横波；激光也是光，因此激光就具有光波的特性，能够发生衍射现象；激光有很多用途，其中可用来做手术，切除肿瘤．
答案：D
7解析：红光通过薄雾时比蓝光的穿透力强，红光的波长较长，容易发生衍射现象．
答案：B
8解析：(1)由图线读得，转盘的转动周期为T＝0.9 s.
角速度为ω＝＝ rad/s＝7.85 rad/s.
(2)由于脉冲宽度在逐渐变窄，表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减小，即圆盘上的对应探测器所在位置的线速度逐渐增加，因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动．
(3)设狭缝宽度为d，探测器接收到第i个脉冲时距转轴的距离为ri，第i个脉冲的宽度为Δti，激光器和探测器沿半径的运动速度为v.
Δti＝T，r3－r2＝r2－r1＝vT，
r2－r1＝(－)，r3－r2＝(－)．
由以上各式解得
Δt3＝＝ s
≈0.67×10－3 s.
答案：(1)7.85 rad/s
(2)激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动
(3)0.67×10－3 s
9解析：由于激光具有光的特点，所以激光在传播过程中也会有折射、反射现象发生，光导纤维是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光从一端进入，当入射角小于临界角时，在两层界面处发生多次反射，从而不会从侧壁“泄漏”出来．
答案：假设激光束在光导纤维前端的入射角为θ1，折射角为θ2，折射光线射向侧面时的入射角为θ3，如下图所示．
由折射定律有n＝，由几何关系θ2＋θ3＝90°，则sinθ2＝cosθ3.又由全反射临界角公式得sinθ3＝，故cosθ3＝.要保证从端面射入的光线都能发生全反射，应有θ1＝90°时，射到光导纤维侧壁上的光线也会发生全反射．
故n＝＝＝＝.
得n＝.
探究结果：只要当θ＝90°时，保证射到光导纤维侧壁上的光线也会发生全反射，则进入光导纤维的光线不会“泄露”．
课件36张PPT。
课后实践导练课前新知导学课堂疑难导析
相同 恒定 一致 平行度 测距 空间 时间 能量 强弱 相位 干涉
第七节激光
(10分)分析以下现象产生的原因：
(1)通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光．
(2)菜汤上的油花呈彩色．
(3)隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒．
(4)光线照在花布上，可以看见花布上的图样．
【解析】 (1)白光通过盛水的玻璃杯发生折射产生色散，在适当的角度、各色光分离较大，可看到彩色光．
(2)光经过菜汤上油膜的前后两个表面发生反射，两列反射光符合光的干涉条件，相互叠加产生干涉条纹，因此，菜汤上的油花呈彩色．
(3)远处的灯光发出的光经过帐幔的缝隙，产生衍射而出现彩色的光芒．
(4)光照在花布上看见花布的图样，是由于光的反射与吸收的结果．比如：当白光照在红色图案上的时候，红色的光被反射出去，而其他颜色的光被吸收．
【答案】 见解析
课 标
导 思
1．了解激光的特点及其应用．
2．了解用激光进行全息照相的原理.
学生P58
一、激光的特点及应用
性质
应用
相干性：激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，具有高度的相干性
光纤通信
平行度：激光的平行度非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度
激光测距，读取光盘上记录的信息等
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
用激光束切割、焊接、医学上可以用激光做“光刀”激发核反应等
二、全息照相
1．与普通照相技术的比较
普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还记录了光波的相位信息
2．原理
全息照片的拍摄利用了光的干涉原理．
学生P58
一、激光的产生、特点及其应用
1．产生
①激光；激光是人工产生的在自然界不存在的光．
②激光的产生
当原子获得能量处于不稳定的状态时，如果恰好有某一能量的光子从附近通过，在入射光子的电磁场的影响下，原子受到激发会辐射出一个频率、发射方向和振动方向等与入射光子完全相同的光子．这样一个入射光子变成了两个相同的光子．如果这两个光子在媒质中传播时再引起其他原子再发出越来越多的相同的光子，使光得到加强，就形成激光．
激光是一种特殊的光，自然界中的发光体不能发出激光.1958年，人类在实验室里首次发射出了激光．
2．激光的特点
(1)频率单一
(2)相干性好
(3)平行度好(方向性好)
(4)亮度高(能在很小的空间、很短的时间内集中很大的能量)
3．激光的应用
(1)激光是人工产生的相干光
激光的频率单一，相干性非常好，颜色特别纯．用激光做衍射、干涉实验，效果特别好，激光可以像无线电波那样进行调制，用来传递信息，光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物，还可用于全息照相，全息照相的拍摄利用了光的干涉原理．
(2)激光束的平行度和方向性非常好
利用激光的这一特点，可以根据发射与返回的时间间隔，测量超远距离．
还可以利用激光平行度好的特点刻制光盘，这种光盘所记录的信息密度高．
(3)激光的强度大，亮度高
激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量，可使被照射物体在不到千分之一秒的时间内产生几千万度的高温．在机械加工方面，可以切割、焊接、打孔、划片、整形、热处理等．
激光在医疗上可以充当手术刀切除肿瘤，“焊接”剥落的视网膜；还可以充当武器给对方致命一击．
二、对全息照相的理解
1．原理
图4－7－1
图4－7－1是拍摄某种全息照片的示意图，从激光器S发出的一束激光，经过透镜L扩束和准直后，投射在分束板SP上，其中一束光经反射镜M1反射后，照射在物体O上，被物体O反射的光束直接投射在照相底片H上，这一束光叫做“物光”．另一束光经反射镜M2反射后，也照射在同一底片上，这一束光叫做“参考光”．由于物光和参考光都是从同一束激光分离出来的，所以它们是相干的．在照相底片上，两束光发生干涉，在空间的不同位置发生干涉相长或干涉相消，底片H上就把这样的干涉花样记录下来，经过显影和定影处理以后，即成为一张全息照片．照片上的干涉花样的形状反映了物光和参考光束的相位关系，而其明暗对比程度即可见度反映了光束的强度关系，因此物体反射光中的全部信息，都以不同明暗程度和不同疏密分布的干涉条纹被记录下来．
2．全息照片的观看
若用激光照射全息照片，当照射的激光对底片的相对位置和拍摄时的参考光相同时，我们从底片的另一侧可以看到原物的虚像．全息照片就相当于一个窗口，当人们移动眼睛从不同角度观察时，就好像对原物观察一样，可以看到它的不同侧面，这就是全息照相的再现．激光通过后，同时还形成一个实像，这一实像可以用屏观察，如图4－7－2所示．
4－7－2
【特别提醒】 观看全息照片时，改变视角和底片的远近，到达眼睛的物光就不一样，因而会看到全息照片的不同侧面
一、激光的产生及特点
下列说法中正确的是( )
A．激光是自然光被放大而产生的
B．激光是原子受激发辐射而得到的加强光
C．激光的能量一定大于其他光的能量
D．激光的传播速度比普通光大
【导析】 根据激光的产生和特性去分析．
【解析】 激光是人工产生的光，它是由原子受到激发而产生的，具有相干性强、平行度好和亮度高的特点，其能量不一定大于其他光的能量，传播速度仍为光速，故B正确．
【答案】 B
激光尽管有自己的特性，如相干性强、平行度好等，但它仍是一种光，本质还是电磁波．所以对激光的认识，不要因为它的特性而忽视了与其他光的共性.
1．对于激光的认识，以下说法中正确的是( )
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．激光的频率、偏振方向几乎相同
D．激光是横波
【解析】 激光是人工产生的光，与普通光不同，它相干性强，频率和偏振方向几乎相同；但激光仍具有光的共性，激光是一种横波．故本题正确选项为C、D.
【答案】 CD
二、激光的应用
利用激光遇到物体发生反射，可以测定物体的有关参量．如图4－7－3(a)所示，B为固定的激光发生器和接收器于一体的装置，C为一辆在水平地面上做匀速直线运动的小车，现使B对准匀速行驶的小车C，使B每隔固定时间T0发射一激光脉冲，如图4－7－3(b)所示幅度大的波形，而B接收到的由小车C返回的激光脉冲为如图(b)所示幅度较小的波形，发射、接收激光脉冲的时间间隔如图(b)所示，T0、T、ΔT均为已知，则根据所给信息判断小车的运动方向为________(填“向左”或“向右”)，速度大小为________(光速为c)．
图4－7－3
【导析】 结合光的反射特点及匀速直线运动知识，画出图象，找出v、s、t之间的关系，不难分析求解．
【解析】 若小车不动，发射激光脉冲后到接收返回脉冲的时间应恒定，而从图形上看，从发射到接收的时间间隔逐渐增大，故可知小车C速度方向与激光发射方向一致，即小车向右运动．
要求小车的速度，关键是要求出小车通过的某段位移和所用时间，可用运动学中处理追及问题的方法求解，作出运动示意图如图所示．
s＝－＝c·－c·＝c·ΔT，
由图(b)可知在s这段位移内小车运动的时间t＝T0＋.故小车的速度大小为v＝＝.
【答案】 向右
①准确读取图中信息，如高脉冲代表发射脉冲；低脉冲代表接收脉冲；发射脉冲与接收脉冲的中间时刻为激光遇到小车时的反射时刻．
②准确想出或画出运动过程图，这对寻求物理量的联系有很大帮助.
2．关于激光的应用问题，下列说法中正确的是( )
A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息
B．计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的
C．医学中用激光作“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”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
【解析】 由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用激光的相干性，A错误，计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行性好，选项B错误．医疗中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特点，C正确．激光测距利用的是激光的平行性，D错误．
【答案】 C
1．将激光束的宽度聚集到纳米级(10－9 m)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，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病等彻底根除，这是应用了激光的( )
A．平行性好的特性
B．单色性好的特性
C．亮度高的特性
D．粒子性好的特性
【解析】 激光的平行性好，且亮度高，正是由于这样，才能使激光集中于一极小区域中，且具有很高的能量，这正是激光手术刀所必需的．
【答案】 AC
2．在演示双缝干涉的实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的( )
A．亮度高 B．平行性好
C．单色性好 D．波动性好
【解析】 频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光的单色性好，频率单一，通过双缝时能够得到两束相干光．故本题的正确答案是C.
【答案】 C
3．欲用激光器击毁位于地平线上方的空间站，则应将激光器( )
A．瞄高些
B．瞄低些
C．沿视线直接瞄准
D．若激光束是红色，而空间站是蓝色的，则应瞄高些
【解析】 空间站反射太阳的光射向地球，通过地球大气层要发生折射，而激光器发出的光通过大气层射向空间站也要发生折射，根据光路可逆，两者的光路相同．因此，A、B错，C对．D选项中空间站是蓝色的，反射光也是蓝色的，比红色激光束的折射率大，由折射定律知应瞄低些方能射中，故D错．
【答案】 C
4．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．
【答案】 BCD
