高中物理人教版选修3-4 13.8 激光导学案含答案
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-4 13.8 激光导学案含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 586.6KB | ||
| 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 | 2020-05-17 16:32:01 | ||
图片预览
文档简介
激光
基础知识 基本技能
1．激光及其特点
(1)激光：激光是原子受激辐射产生的光。发光的频率、偏振方向均相同，两列相同的激光相遇可以发生干涉，激光是相干光，是人工产生的光。
(2)激光的特点
①激光是人工产生的相干光。
是频率相同，相位差恒定，偏振方向一致的光。
②激光的平行度好。即激光的光束高度平行，这样激光的能量就不容易发散，激光在传播很远距离后仍能保持一定的强度。
③激光的亮度高。通过人工调制的激光可在瞬间集中能量发射在很小的区域内，可以有很大的能量和摧毁力。
正因为如此，不可用激光照射人的眼睛，否则有可能造成视网膜脱落或脱离。
析规律：自然光
一般光源发光时，各个原子发出的光子是向四面八方辐射的，它们的频率和振动方向互不相同，而且每个原子每次发光持续的时间很短，下一次发光又会发出频率和振动方向与前一次不同的光子，这样的光子是非相干光，叠加时不会产生稳定的干涉，显示出各个方向的光波强度相同，这种光就是自然光。
【例1】 关于激光，下列说法正确的是( )
A．激光是用人工方法激发出的一种特殊的光
B．自然界中某些天然物体也可以发出激光
C．激光可以像刀子一样切除肿瘤
D．由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象
解析：
A √ 激光是用人工方法激发的一种特殊的光，它是可见光
B ×
C √ 激光具有方向性好、亮度高、能量强等特点，可以像刀子一样切除肿瘤
D × 激光也是一种光波，只要是波就能发生衍射现象
答案：AC
2．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能量强弱信息，而全息照相技术还记录了光波的相位信息。
(2)原理：全息照相的拍摄利用了光的干涉原理，使参考光和物光在底片上相遇，发生干涉，形成复杂的干涉条纹。这要求参考光和物光必须具有很高的相干性。
(3)观察全息照片时要用激光照射照片，从另一侧面观察。
谈重点：全息照相的原理
用一束激光照射一个微小颗粒，从小颗粒上反射出来的光波基本上是不断向外扩大的球面波，我们向小颗粒看去，是明亮的一点，用照相机给这个小颗粒照相时，光波通过镜头在底片上形成一个亮点，这一点的亮度与小颗粒反射出来的光强有关。照相底片可以记录下这一点的亮点，但记不下小颗粒在三维空间的位置，故印出来的照片上也只有一个亮点，看起来没有一点立体感觉。拍摄全息照片时，不用照相镜头，而是把一束发出平面波的激光和小颗粒反射出的球面波一起照到照相底片上，整个底片都受到光照，它记录下的不是个亮点，而是一组同心圆，当同心圆间隔很小时，看起来就像是用刀把一个圆萝卜切成一片片薄片，叠在一起，成为一组同心环那样，底片经冲洗后，放到原来的位置，再用拍摄时那束发出平面波的激光，以拍摄时的角度照到底片上，我们可以看到原来放置微小颗粒的位置上有一个亮点。所以，全息照片记录下来的不仅是一个亮点，还包含亮点的空间位置，或者说记下从亮点发出的整个光波，因此，任何物体实际上都可以看成是无数个明暗不同的亮点组成的立体图像。
【例2】 全息摄影是指一种记录被摄物体反射波的振幅和相位等全部信息的新型摄影技术，它记录的信息具有很强的立体感，而普通摄影只记录物体面上的光强分布，它不能记录物体反射光的相位信息，因而失去了立体感。全息技术通常利用激光作为光源，这是利用了下列激光的哪种特征( )
A．高度的平行性
B．高度的相干性
C．高亮度性
D．以上都不是
解析：同一束激光被分成两部分，一部分直接照到底片上称为参考光，另一部分通过被拍摄物反射后照到底片上称为物光，两者在底片上相遇形成干涉条纹，这样便拍出全息照片。因此，全息技术是利用了激光的相干性。故答案为B。
答案：B
基本方法 基本能力
3．理解激光的特点
特点 作用 应用实例
是相干光 可进行调制、传递信息 光纤通信、全息照相
平行度非常好 传播很远距离仍能保持一定强度，可精确测距、测速 激光雷达
可会聚于很小的一点，记录信息密度高 DVD、VCD、CD机、计算机光驱
亮度高 可在很小空间、短时间内集中很大能量 激光切割、焊接、打孔、医疗手术
【例3】 下列说法正确的是( )
A．激光可用于测距
B．激光能量十分集中，只可用于加工金属材料
C．外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
D．激光可用于全息照相，有独特的特点
解析：
A √ 激光平行度好，即使在传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距
B × 激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工，激光医疗，激光美容，激光武器等
C √ 由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤等的同时，也能杀灭细菌
D √ 激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相位信息，所以看起来跟真的一样，立体感较强
答案：ACD
思维拓展 创新应用
4．相干性好的应用
(1)激光的频率单一，单色性非常好，拿氦氖激光器来说，它产生的光波长范围不到一百亿分之一微米，完全可以视为单一而没有偏差的波长，是极纯的单色光，可用于检测玻璃厚度。
(2)全息照相
①普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还可以记录光波的相位信息。
②全息照相的拍摄利用了光的干涉原理，使参考光和物光在底片上相遇，发生干涉，形成复杂的干涉条纹，这要求参考光和物光必须具有很高的相干性。
③观察全息照片时要用激光照射照片，要从另一侧观察。
析规律：激光应用
激光常在玻璃厚度检测仪、液面控制仪等技术中应用，解决此类问题的关键是审清题意，作出正确的光路图，建立正确的几何关系列式求解。
5．平行度好的应用
(1)激光测距
因为激光的平行度好，所以传播很远的距离仍能保持一定的强度，利用这一特点对准目标发射一个激光脉冲，测量脉冲发射和接收到反射回的时间时隔Δt，可精确测量出距离x＝c·Δt，激光雷达就是根据这一原理制成的。
(2)激光写、读
由于激光的平行度好，激光可以会聚到一个很小的点上，利用激光可以在光盘上刻录密度很高的信息，也可以利用激光从VCD机、CD唱机或计算机的光盘上读出记录的信息，经过处理后还原成声音或图像。
【例4】 如图所示为玻璃厚度检测仪的原理简图，其原理是：固定一束激光AO以不变的入射角i照到MN表面，折射后从PQ表面射出，折射光线最后照到光电管C上，光电管将光信息转变为电信号，依据激光束在C上移动的距离，可以确定玻璃厚度的变化。设i＝45°，玻璃对该光的折射率为，C上的光斑向左移动了Δs，则可确定玻璃的厚度比原来变____(选填“厚”或“薄”)了____。
解析：光经过平行玻璃砖传播方向不变，只发生侧移，光斑向左移，可见玻璃变厚。作出光路图，利用折射定律进行求解。
由＝n，得r＝30°。设变厚了d，
则dsin45°－dsin30°＝Δs，所以d＝Δs。
答案：厚 Δs
【例5】 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，使其在光导纤维中传递信息的
B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光相干性的特点
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了激光的相干性，A错；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，B错；医疗中的激光“光刀”利用了激光的亮度高的特点，C对；激光测距利用的是激光的平行度和方向性好的特点，D错。
答案：C
基础知识 基本技能
1．激光及其特点
(1)激光：激光是原子受激辐射产生的光。发光的频率、偏振方向均相同，两列相同的激光相遇可以发生干涉，激光是相干光，是人工产生的光。
(2)激光的特点
①激光是人工产生的相干光。
是频率相同，相位差恒定，偏振方向一致的光。
②激光的平行度好。即激光的光束高度平行，这样激光的能量就不容易发散，激光在传播很远距离后仍能保持一定的强度。
③激光的亮度高。通过人工调制的激光可在瞬间集中能量发射在很小的区域内，可以有很大的能量和摧毁力。
正因为如此，不可用激光照射人的眼睛，否则有可能造成视网膜脱落或脱离。
析规律：自然光
一般光源发光时，各个原子发出的光子是向四面八方辐射的，它们的频率和振动方向互不相同，而且每个原子每次发光持续的时间很短，下一次发光又会发出频率和振动方向与前一次不同的光子，这样的光子是非相干光，叠加时不会产生稳定的干涉，显示出各个方向的光波强度相同，这种光就是自然光。
【例1】 关于激光，下列说法正确的是( )
A．激光是用人工方法激发出的一种特殊的光
B．自然界中某些天然物体也可以发出激光
C．激光可以像刀子一样切除肿瘤
D．由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象
解析：
A √ 激光是用人工方法激发的一种特殊的光，它是可见光
B ×
C √ 激光具有方向性好、亮度高、能量强等特点，可以像刀子一样切除肿瘤
D × 激光也是一种光波，只要是波就能发生衍射现象
答案：AC
2．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能量强弱信息，而全息照相技术还记录了光波的相位信息。
(2)原理：全息照相的拍摄利用了光的干涉原理，使参考光和物光在底片上相遇，发生干涉，形成复杂的干涉条纹。这要求参考光和物光必须具有很高的相干性。
(3)观察全息照片时要用激光照射照片，从另一侧面观察。
谈重点：全息照相的原理
用一束激光照射一个微小颗粒，从小颗粒上反射出来的光波基本上是不断向外扩大的球面波，我们向小颗粒看去，是明亮的一点，用照相机给这个小颗粒照相时，光波通过镜头在底片上形成一个亮点，这一点的亮度与小颗粒反射出来的光强有关。照相底片可以记录下这一点的亮点，但记不下小颗粒在三维空间的位置，故印出来的照片上也只有一个亮点，看起来没有一点立体感觉。拍摄全息照片时，不用照相镜头，而是把一束发出平面波的激光和小颗粒反射出的球面波一起照到照相底片上，整个底片都受到光照，它记录下的不是个亮点，而是一组同心圆，当同心圆间隔很小时，看起来就像是用刀把一个圆萝卜切成一片片薄片，叠在一起，成为一组同心环那样，底片经冲洗后，放到原来的位置，再用拍摄时那束发出平面波的激光，以拍摄时的角度照到底片上，我们可以看到原来放置微小颗粒的位置上有一个亮点。所以，全息照片记录下来的不仅是一个亮点，还包含亮点的空间位置，或者说记下从亮点发出的整个光波，因此，任何物体实际上都可以看成是无数个明暗不同的亮点组成的立体图像。
【例2】 全息摄影是指一种记录被摄物体反射波的振幅和相位等全部信息的新型摄影技术，它记录的信息具有很强的立体感，而普通摄影只记录物体面上的光强分布，它不能记录物体反射光的相位信息，因而失去了立体感。全息技术通常利用激光作为光源，这是利用了下列激光的哪种特征( )
A．高度的平行性
B．高度的相干性
C．高亮度性
D．以上都不是
解析：同一束激光被分成两部分，一部分直接照到底片上称为参考光，另一部分通过被拍摄物反射后照到底片上称为物光，两者在底片上相遇形成干涉条纹，这样便拍出全息照片。因此，全息技术是利用了激光的相干性。故答案为B。
答案：B
基本方法 基本能力
3．理解激光的特点
特点 作用 应用实例
是相干光 可进行调制、传递信息 光纤通信、全息照相
平行度非常好 传播很远距离仍能保持一定强度，可精确测距、测速 激光雷达
可会聚于很小的一点，记录信息密度高 DVD、VCD、CD机、计算机光驱
亮度高 可在很小空间、短时间内集中很大能量 激光切割、焊接、打孔、医疗手术
【例3】 下列说法正确的是( )
A．激光可用于测距
B．激光能量十分集中，只可用于加工金属材料
C．外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
D．激光可用于全息照相，有独特的特点
解析：
A √ 激光平行度好，即使在传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距
B × 激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工，激光医疗，激光美容，激光武器等
C √ 由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤等的同时，也能杀灭细菌
D √ 激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相位信息，所以看起来跟真的一样，立体感较强
答案：ACD
思维拓展 创新应用
4．相干性好的应用
(1)激光的频率单一，单色性非常好，拿氦氖激光器来说，它产生的光波长范围不到一百亿分之一微米，完全可以视为单一而没有偏差的波长，是极纯的单色光，可用于检测玻璃厚度。
(2)全息照相
①普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还可以记录光波的相位信息。
②全息照相的拍摄利用了光的干涉原理，使参考光和物光在底片上相遇，发生干涉，形成复杂的干涉条纹，这要求参考光和物光必须具有很高的相干性。
③观察全息照片时要用激光照射照片，要从另一侧观察。
析规律：激光应用
激光常在玻璃厚度检测仪、液面控制仪等技术中应用，解决此类问题的关键是审清题意，作出正确的光路图，建立正确的几何关系列式求解。
5．平行度好的应用
(1)激光测距
因为激光的平行度好，所以传播很远的距离仍能保持一定的强度，利用这一特点对准目标发射一个激光脉冲，测量脉冲发射和接收到反射回的时间时隔Δt，可精确测量出距离x＝c·Δt，激光雷达就是根据这一原理制成的。
(2)激光写、读
由于激光的平行度好，激光可以会聚到一个很小的点上，利用激光可以在光盘上刻录密度很高的信息，也可以利用激光从VCD机、CD唱机或计算机的光盘上读出记录的信息，经过处理后还原成声音或图像。
【例4】 如图所示为玻璃厚度检测仪的原理简图，其原理是：固定一束激光AO以不变的入射角i照到MN表面，折射后从PQ表面射出，折射光线最后照到光电管C上，光电管将光信息转变为电信号，依据激光束在C上移动的距离，可以确定玻璃厚度的变化。设i＝45°，玻璃对该光的折射率为，C上的光斑向左移动了Δs，则可确定玻璃的厚度比原来变____(选填“厚”或“薄”)了____。
解析：光经过平行玻璃砖传播方向不变，只发生侧移，光斑向左移，可见玻璃变厚。作出光路图，利用折射定律进行求解。
由＝n，得r＝30°。设变厚了d，
则dsin45°－dsin30°＝Δs，所以d＝Δs。
答案：厚 Δs
【例5】 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，使其在光导纤维中传递信息的
B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光相干性的特点
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了激光的相干性，A错；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，B错；医疗中的激光“光刀”利用了激光的亮度高的特点，C对；激光测距利用的是激光的平行度和方向性好的特点，D错。
答案：C