人教选修34 激光 第1课时 教案.docx

13.8 激光【教学目标】（一）知识目标1.了解激光和自然光的区别.2.通过阅读，收集整理相关资料，认识激光的特点和应用.（二）能力目标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）德育目标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】激光与自然光的区别以及激光特点和应用.【教学难点】激光与自然光的区别.【教学方法】1.通过对自然光的分析，提出激光的相干性.2.通过学生课前阅读，初步了解激光的特点及广泛应用.3.通过收集激光方面的材料，讨论交流，进一步掌握激光的特点及应用知识.4.通过观看录像，进一步加深对激光知识的了解.【教学用具】激光手电筒、投影仪、三段有关激光的录像材料.【教学过程】一、引入新课师课前大家已经阅读了课文，了解了激光是自然界没有的光，首先我们来看看它与自然光有什么不同.二、新课教学（一）自然光和激光（投影）自然光（例如白炽灯）激光原子发光方向，时刻不确定频率不一样不能发生干涉非相干光频率一样能发生干涉（双缝干涉实验）人工产生的相干光都是原子受激发处于不稳定状态发射出来的师通过上表的比较，同学们可以看到，激光的第一个特点就是它是一种人工相干光.激光还有许多与自然光不同的特点，下面请同学们将自己阅读课文整理的表格展示出来.（教师巡视，大部分同学整理得很好，选出比较全面的一组投影（如表202）老师简单讲解）师其实，激光的应用远不止这些，而且还在迅速发展，这方面的介绍很多，下面请大家根据课前收集的材料，开展课堂交流.（二）激光的应用（分组介绍，同时教师提炼要点并板书，以调动学生的积极性.） 第一组（投影资料）我们组收集整理了激光在相干性方面的特点，激光是相干光.可用来进行光的干涉、衍射等实验（科学实验），由于原子的发光不是无限制持续的，每一次发光与下一次发光总有一个时间间隔，只有同一光源在同一发光时间间隔内发出的光，在空间某点相遇时才会发生干涉，所以原子发光的平均时间间隔称为相干时间，在相干时间内光的行程称为相干长度，激光的相干长度可达几十千米，相干性较好.第二组（投影资料）我们组整理的信息中，激光的另一特点是激光的亮度特高，近年研制出的强激光的亮度要比太阳亮100亿倍以上.激光器发出的激光是集中在沿传播方向的一个极小的发射角内，亮度就会比同功率的光源高几亿倍，在极短时间内会辐射出巨大的能量，聚集在一点时可产生几百万甚至上千万度的高温.第三组除了前面两组介绍的两个特点外，还有一个特点就是激光的单色性好，自然界找不到频率“纯净”的光，各种频率的光总是混杂在一起的.但由于激光器中光学谐振腔的干涉作用，只有那些满足谐振腔共振条件的频率才能形成激光输出，不满足共振条件的频率，都在谐振腔内干涉相消了，因此激光的频率单一，单色性非常好，拿氦氖气体激光器来说，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.第四组我们组收集的资料中，除了前面三组讲的，还有一点，激光的方向性好，一般的手电筒或探照灯聚光虽然很好，看上去它们射出的光束是笔直的，但在一两公里后，光线就发散成很大一片，亮度明显减弱.而激光射到这个距离上基本没有发散，激光是方向最一致、最集中的光.师前面几组同学从激光的特点角度阅读收集了很多资料，都比较好，虽然其中有些材料我们不能完全弄懂，但以后我们还有很多学习机会，到时可以更进一步理解.下面我们再来交流激光应用方面的资料.第五组（阅读）激光具有很高的能量，所以它是精密机械加工特别是微电子工业加工不可缺少的工具，用激光对金属打孔、切割、焊接、淬火，激光代替机械刀具和刻刀直接加工大型和微型元件，具有普通机械加工不可比拟的特点.利用它可以在坚硬的材料上打直径0.1 mm到几微米的小孔.激光钻孔不受加工材料的硬度和脆性的限制，而且钻孔速度异常快，可以几千分之一秒甚至几百万分之一秒内钻出表面十分整齐光洁的小孔，激光快速自动成型技术，可以控制激光束将材料逐层“烧结”而形成实体零件或模具、模型.它可快速制成精密复杂或不规则图案的机械零件.我国已经研制成功激光迅速自动成型机，标志着我国已经掌握了这项新技术，并迅速进入国产化、商品化阶段.第六组（阅读）激光在农业生产上也有广泛应用，用激光照射农作物种子，可诱发遗传变异，缩短种子发芽时间，育出的秧苗生长比较快，长势好，粗壮且均匀整齐，改善了农作物生长性能，提高产量.把激光技术引入果树裁培，能改良水果品质，提高水果产量.用激光照射牲畜家禽鱼类，能促进生长发育等.激光在临床医学上的应用相当广泛，“激光刀”能有效地局部加热凝固血管，出血少.而且“刀”不与组织接触，不用消毒，激光刀很锋利，切割软组织和硬组织都一样快捷，还可应用激光对穴位照射，给穴位输入能量，无痛、灭菌、快速、安全.第七组（阅读）激光在信息产业领域有着重要应用.在光纤通信中，激光作为信息高速传输的载体作通信载波.它还是信息高速处理的载体，光学计算机有着普通计算机无法比拟的优点，这种计算机运算速度高，传输信息量大，激光应用在信息存储领域，使大容量、高密度信息存储成为可能，像课本上介绍的dvd实际上是一种存储数据的磁性媒体，它可以双层双面使用，运行时间高达484 min，储存量是vcd的几十倍甚至数十倍，可多达17gb.第八组（阅读）目前，激光已成为重要的战略武器，在国防军事领域有着广泛的应用，例如激光测距、激光雷达、激光制导、激光模拟等技术的应用.激光武器包括激光致盲武器、激光干扰武器、激光防空武器等，这些武器对现代战争产生了深远影响.激光制导炸弹能快速准确无误地击中目标.用激光点燃核燃料是目前各国科学家竞相研究的重大课题，预计在2010年左右能够用激光实现核聚变，能源危机问题有望得到根本解决.师同学们课前做了很多准备，阅读了大量相关资料，一定很有收获.我也给大家收集了部分与激光相关的录像资料，请大家看一看.（师生共同观看录像）三、小结典例分析：【例1】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性？( )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【例2】一台激光器，它的功率为p，如果它发射出的单色光在空气中的波长为.则这束单色光的频率是_它在时间t内辐射的光能为_，如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v，那么这束单色光从该介质射向真空发生全反射的临界角为_.解析：根据v=f可得这束单色光的频率f=c/；激光器的时间t内所做的功w=pt转化为光能；这束单色光对该介质的折射率n=c/v，设它从该介质射向真空发生全反射的临界角为c，则sinc=1/n=v/c,所以c=arcsin（v/c).答案：c/ pt arcsin（v/c)【例3】1969年7月，美国“阿波罗号”宇宙飞船的登月舱在登上月球的科学考察活动中，在月球上安放了一台激光反射器，成功地解决了用激光测量月地间距离问题.据你所知，用激光测量月地距离的原理是什么？解析：激光反射器由三块相互垂直的平面镜组成，能把射来的激光按原方向反射回去.由于激光的方向性好，因而可从地球上向月球上的激光反射器发射激光脉冲，只需测量发射脉冲和收到回波的时间间隔t，则测量月地距离为.课堂练习：1关于激光所具有的特点，下列说法中不正确的是（）a激光相干性好 b激光平行度好c激光亮度高 d激光易色散答案：d2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方向性好的特点c亮度高的特点 d单色性好的特点答案：c解析：激光经光学系统聚焦后，在待加工的工件上形成密度很高、能量很大、直径很小的光斑用来切割、加工各种物质3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答案：d解析：电磁波是横波，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，d项正确4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答案：ac解析：激光是用人工方法激发的一种特殊的光，它是可见光，a正确，b错误；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，c正确；激光是一种电磁波，只要是电磁波就能发生衍射现象，d错误5利用激光很容易实现光的干涉现象，这是因为（）a激光的亮度高b激光的方向性好c激光的频率、偏振方向几乎相同d激光的能量集中答案：c解析：发生干涉的条件是频率相同，相位差恒定，振动方向相同作业：1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】光在不同介质中，唯一不变的是频率，而速度会变化，n，故波长也变化，.【答案】ad2下列应用激光的事例中，错误的是()a利用激光进行长距离测量b利用激光进行通信c利用激光进行室内照明d利用激光加工坚硬的材料【解析】激光不能用于照明【答案】c3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】c4.把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图1376所示，这时可以看到亮暗相间的条纹下面关于条纹的说法中正确的是()图1376a干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果b干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果c将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动d观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧e如果上边玻璃板的下表面有凸凹不平的地方，则对应的干涉条纹不再是平行直条纹【解析】根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气膜上下表面反射的两列光叠加而成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以a项正确，b项错误；因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故d项错误；根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故c、e项正确【答案】ace5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