新人教版高中物理选修3-4：13.8《激光》学案.doc

选修3-4
第十三章 光
13．8 激光
【教学目标】
1．知道激光和自然光的区别。
2．了解激光的特点和应用。
3．知道什么是全息照相及其原理。
重点： 激光的特点和应用
难点： 激光的特点和应用
【自主预习】
1、激光的产生：激光是原子受激辐射产生的光。发光的 、 、 均相同，两列相同激光相遇可以发生 。激光是人工产生的 光。在现代科技中用激光器产生激光。激光一种特殊的光，自然界中的发光体不能发出激光。1958年，激光问世。
2、激光具有的特点以及应用：
（1）相干性好：激光能像无线电波那样被 ，用来传递信息。光纤通信就是激光
和 相结合的产物。
（2）平行度非常好：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，这个特点可以用来 。 就是应用这个原理制成的。
由于平行度好，激光可汇聚到很小的一点，这一点应用在 、 、 上。
（3）激光的亮度非常高：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。所以可用激光束来 、 以及在很硬的材料上 。医学上还可以用“激光刀”做手术。
3．1958年人类在实验室里激发出了一种自然界中没有的光，那就是________。
4．光的特点：
(1)激光是一种人工产生的________光，具有高度的________；
(2)它的________非常好；
(3)亮度高。
5．照相技术所记录的只是光波的________信息，而全息照相技术还可以记录光波的________信息。
6.摄全息照片的基本光路：同一束激光被分为两部分，一部分直接照射到________上(称为参考光)，另一部分通过________反射后再到达底片(称为________)。参考光和________在底片上相遇时发生干涉，形成复杂的干涉条纹。
【典型例题】
一、激光的特点及其应用
【例1】对于激光的认识，以下说法正确的是(　　)
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相干光
D．激光已经深入到我们生活的各个方面

【例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什么特点(　　)
A．亮度高　　　　　
B．平行性好
C．单色性好
D．波动性好

二、全息照相
【例3】拍摄全息照片时，常用激光做光源，这主要是应用激光的什么特性(　　)
A．亮度高
B．平行性好
C．单色性好
D．相干性好

【例4】．下列说法中正确的是 (　　)
A．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
B．全息照片的拍摄利用了光的衍射现象
C．激光的出现使全息技术得到了长足的发展
D．立体电影的拍摄利用的是全息照相技术

三、激光的应用
【例5】将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9 m)范围内，可修复人体已损坏的器官，参考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，这里应用了激光(　　)
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

【课后练习】
1．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

2．下列关于应用激光的事例中错误的是(　　)
A．利用激光进行长距离精确测量
B．利用激光进行通信
C．利用激光进行室内照明
D．利用激光加工坚硬材料

3．一激光发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，c表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是(　　)
A．该光在真空中的波长为nλ
B．该光在真空中的波长为λ/n
C．该光的频率为c/λ
D．该光的频率为c/nλ

4．下列说法中正确的是(　　)
A．强激光产生的高压引起原子的聚变
B．激光不能像无线电波那样用来传递信息
C．VCD、CD机是用激光来读取信息的
D．医学上激光“光刀”用来切开皮肤，是利用激光的高能特性

5．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

6．一束激光通过一棱镜，如图所示光路图中可能正确的是(　　)

7．用准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光，可用于进行近视眼的治疗。用这样的激光刀对近视眼进行手术，手术时间短，效果好、无痛苦。关于这个治疗，以下说法中正确的是(　　)
A．近视眼是物体在眼球中成像的视网膜的前面，使人不能看清物体
B．激光具有很好的方向性，可以在非常小的面积上对眼睛进行手术
C．激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复
D．激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削
8．下列说法正确的是(　　)
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，用来传递信息
C．激光测距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．从本质上说激光是横波
9.列关于激光的描述正确的是 ( )
A．晚上手电筒发出的光束就是激光
B．激光可以发生干涉
C．激光可以发生衍射
D．激光是纵波

10．科技是跨世纪的新技术，将激光束宽度聚焦到纳米范围，可以修复人体内已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把令人类无奈的癌症、遗传疾病彻底根除。以上应用是利用了激光的 ( )
A．单色性 B．方向性
C．高能量 D．平行性

11.激光束来切割各种物质，这是利用了激光的 ( )
A．相干性好 C.向性好
C．高能量 D．平行度高

12电脑中的光驱通常激光来读、写信息，这是利用了激光的 ( )
A．相干性好
B．方向性好
C．高能量
D．平行度高

13种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10－11 s，波长为694.3 nm，发射功率为1.0×1010 W。
(1)每列光脉冲的长度是多少？
(2)用红宝石激光照射皮肤色斑，每1 cm2吸收能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一颗色斑的面积为50 mm2，则它需要吸收多少个红宝石激光脉冲才能逐渐消失？

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题答案：
1. 【答案】C、D
【解析】激光是自然界中没有的一种光，它是人工产生的相干光，在现在的生活中已得到广泛应用，故C、D选项正确。
2. 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。
答案：C
3. 【答案】C、D
【解析】全息照相利用光的干涉原理，要求参考光和物光有很高的相干性，而激光符合这个要求。
4. 解析：由全息照相的原理可知A对，B错；立体电影的拍摄是利用了光的偏振，故D错。
答案：A、C
5. 【答案】A、C
【解析】激光亮度高，可以在很小的空间和很短时间内集中很大的能量，瞬时产生高温，再有其平行度好，扩散程度较小，利用这两点，制成“激光刀”。
课后练习答案
1. 解析：激光不仅可加工金属材料，也可以加工非金属材料，所以选项B不正确。
答案：A、C、D
2. 解析：激光单向性好，不利于室内照明，并且大功率的激光要靠专门的激光器产生，成本太高，且由于激光的能量集中，会对人体产生伤害，因此选项C所述激光的应用是错误的。
答案：C
3. 解析：注意光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，对激光也是一样。由于速度变化的原因，波长会相应变化。对同一频率的光，它在真空中的波长应大于在介质中的波长。
答案：A、D
4. 解析：根据激光的特点和应用可知，A、C、D正确；激光在光导纤维中利用时，不仅可以传递信息，而且可以使信息量大增，故B项错误。
答案：A、C、D
5. 解析：两支铅笔靠在一起，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，所以D正确。
答案：D
6. 解析：激光是一种单色性非常好的光，故经过三棱镜后不可能分开，A、C项正确。
答案：A、C
7. 解析：激光手术是物理技术用于临床医学的最新成果。人的眼睛是一个光学成像系统，角膜和晶状体相当于一个凸透镜，物体通过凸透镜成像在视网膜上，人就能看清楚物体。当角膜和晶体组成的这个凸透镜的焦距比较小，物体成像在视网膜的前面时，人就不能看清物体，这就是近视眼。激光手术不是修复视网膜，而是对角膜进行切削，改变角膜的形状，使眼球中的凸透镜的焦距适当变大，物体经过角膜和晶状体后成像在视网膜上。
答案：A、B、D
8. 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，A错误；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，B正确；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，C正确；激光是横波，D正确。
答案：B、C、D
9.BC
10. 选B、C.激光由于能把巨大能量高度集中地辐射出来，所以在医学上用“光刀”切开皮肤、切除肿瘤或进行其他外科手术.
11.C
12D
13 解析：(1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间。
一个光脉冲长度
Δl＝cΔt＝3.0×108×1.0×10－11 m＝3.0×10－3 m。
(2)一个光脉冲所携带的能量
ΔE＝PΔt＝1.0×1010×1.0×10－11 J＝0.1 J
清除面积为50 mm2的色斑需要光脉冲数为
n＝E·S/ΔE＝60×50×10－2÷0.1个＝300个。
答案：(1)3.0×10－3 m　(2)300