人教选修34 激光 第1课时 教案.docx

课 题13.8激光第 1 课时计划上课日期：教学目标（1）理解自发发射、受激吸收和受激发射。（2）了解激光产生的机理。（3）了解激光器的构造和工作原理。教学重难点需要在教学过程中加深学生对原子结构和原子能级理论的理解。在教学过程中应使学生了解抽运装置的作用，理解如何产生粒子数反转。教学流程内容板书关键点拨加工润色课题的引入在教师的引导下回忆前面学过的知识，回答教师的提问：激光的特点及应用：相干性好、平行度高、亮度高。在全息、测距、信息储存、医疗等方面都有广泛的应用。提出问题的形式引入，可以引发学生的思考，带领学生进入主题。一、激光产生的机理前面我们学习了原子的能级理论，原子是如何在能级之间进行跃迁的呢？1、自发发射提出问题，引导学生思考和分析：对于普通的光源，如我们熟悉的白炽灯，它们是如何发光的呢？对学生的回答进行点评，并给出概念：对，这就是自发发射。课件演示自发发射过程。教师活动原子吸收能量后，从较低能级跃迁到较高能级，所吸收的能量等于两能级之差；处于较高能级状态的原子是不稳定的，会自发地跃迁到较低的能量态，同时放出光子，该光子的能量也等于能级之差。学生讨论：灯丝原子吸收了电流做功产生的热而被激发到能量较高的状态；能量较高状态的原子是不稳定的，会自发地跃迁到较低的能量态，同时放出光子。学生活动复习前面所学的知识，为后面解决问题作铺垫。学生对现象分析并进行归纳总结可以对相关的知识及规律加深理解，并能培养归纳推理的能力。点评在自发发射中，原子以随机的方式回到基态，也就是说，每个原子发光的时刻、方向、初相位都是不确定的，发光的频率一般也不一样。因此普通光源发出的光不是相干光。2、受激吸收演示课件并解说：常温下处于热平衡状态的原子系统，多数原子都处在基态。如果一个人射光子的能量恰好等于原子基态与某个激发态的能量差，那么原子就很容易吸收这个光子而跃迁到这个激发态上。这种跃迁不是自发产生的，是在入射光子的刺激下产生的，所以称为受激吸收。3、受激发射演示课件并解说：教师活动学生回忆光的干涉中相干光的特点，并与普通光源发出的光相比较，进一步理解相干光的含义。结合原子的能级理论，理解原子的这种跃迁过程，比较被吸收的光子的能量核能级差的关系。学生活动动画演示可以使抽象的概念形象化，便于理解和记忆。通过比较，能加深对概念的理解和记忆。对所学知识进行及时的巩固，并应用于实际问题的解决，培养学生应用知识及分析问题的能力。课堂练习：1.激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空激光火箭利用了激光的()a单色性好b平行度好c高能量 d相干性好【解析】利用激光的高能量特点，使推进剂急剧膨胀，喷出类似于现代火箭的燃料燃烧后产生的燃气流【答案】c2如图474所示，激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光ao以入射角i照射到水平液面上，反射光ob射到水平位置的光屏上，屏上用光电管将光信号转换成电信号，电信号输入控制系统来控制液面的高度若发现光点在屏上向右移动了s距离，射到b点，则液面的高度变化是()图474a液面降低 b液面升高c液面降低 d液面升高【解析】光点右移，说明液面上升(如图)，由反射定律及几何关系，求得h【答案】d3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激光是纵波b频率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【解析】光波是横波，a项错；光在不同介质中传播速度不同，波长也不同，b项错；相干光的条件是频率相同，c项错，故选d.【答案】d4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e激光比普通光的相干性好【解析】激光是人工产生的一种相干光，与普通光源发出的光不同，激光与我们的生活密切相关，所以c、d、e正确【答案】cde5白光通过三棱镜发生色散现象，下列说法正确的是()a不同颜色的光在真空中的光速不同b在同一介质中红光的折射率比紫光小c在同一介质中红光的光速比紫光大d每种颜色的光通过三棱镜都会分成几种颜色的光e只有复色光才会出现色散现象【解析】色散的原因是不同色光折射率不同由n判断光在介质中波速是：n越大，v越小；n越小，v越大【答案】bce作业布置1.(多选)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、读利用了激光亮度高的特点d.激光加工、激光手术利用了激光亮度高的特点解析:利用激光的相干性进行信息的传递,例如利用激光相干性好进行光纤通信;利用激光的平行度好进行精确测量和数据采集;利用激光的亮度高进行光切割和焊接。答案:abd2.红、黄、绿三种单色光以相同的入射角从水中射向空气,若黄光恰能发生全反射,则()a.绿光也一定能发生全反射b.红光也一定能发生全反射c.红、绿光都能发生全反射d.红、绿光都不能发生全反射解析:这三种色光的临界角关系是c红c黄c绿。答案:a3登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射,尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射,否则将会严重损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜,他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5,所要消除的紫外线的频率为f=8.11014hz,那么他设计的这种膜的厚度至少是()a.9.2510-8 mb.1.8510-7 mc.1.2310-7 md.6.1810-8 m解析:由于紫外线在膜前后表面的反射光相互加强,因此路程差为2d=m(m=1,2,),因此膜的厚度至少为,其中应为紫外线在膜中的波长。紫外线在膜中的传播速度为v=,则在膜中的波长为=2.46910-7m,因此膜的厚度至少为1.2310-7m。故选项c正确。答案:c4.激光散斑测速是一种崭新的测速技术,它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝,待测物体的速度v与二次曝光时间间隔t的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔t、双缝到屏之间的距离l以及相邻两条亮条纹的间距x。若所用激光波长为,则该实验确定物体运动速度的表达式为()a.v=b.v=c.v=d.v=解析:设双缝的间距为d,则由题设得d=vt。双缝到屏之间的距离l以及相邻两条亮条纹的间距x、双缝的间距d、光波波长满足x=,由以上两式可解得v=。故选项b正确。答案:b5.右图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,依据测量光束在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x,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。由=n,得r=30。设变厚为d。则dtan45-dtan30=x,所以d=x。答案:厚x6下图所示是一个圆柱体棱镜的截面图，图中e、f、g、h将半径om分成5等份，虚线ee1、ff1、gg1、hh1平行于半径on，on边可吸收到达其上的所有光线。已知该棱镜的折射率n，若平行光束垂直入射并覆盖om，则光线()a不能从圆弧射出 b只能从圆弧射出c能从圆弧射出 d能从圆弧射出解析：由折射率n知该棱镜的全反射临界角为c37(sinc)，从g点入射的光线垂直进入棱镜后，在g1点恰好发生全反射，则圆弧上所有入射的光线均发生全反射，不会从棱镜中射出，只有圆弧上入射的光线折射后射出棱镜。所以只有b正确，a、c、d错误。答案：b7一激光发光功率为p，发出的激光在折射率为n的介质中波长为，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nb该光在真空中的波长为/nc该光的频率为c/d该光的频率为c/n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：ad8.彩虹是悬浮于空气中的大量小水珠对阳光的色散造成的，如