人教选修34 激光 第1课时 教案.docx

13.8激光教学目标 （一）物理观念1.了解激光的特点；了解激光的应用。2.通过阅读，收集整理相关资料，认识激光的特点和应用.（二）科学思维、科学探究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）科学态度与责任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.教学重点与难点激光的特点以及激光的应用教学方法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.教学过程引入新课：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。新课教学：一、自然光和激光自然光（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。二、激光的特点1.激光激光是原子受激辐射产生的光。发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是相干光，激光是人工产生的光。2.激光的产生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。3.激光具有的特点（1）相干性好 所谓相干性好是指容易产生干涉现象。普通光源发出的光（即使是所谓的单色光）频率是不一样的，而激光器发出的激光的频率几乎是单一的，并且满足其他的相干条件，所以，现在我们做双缝干涉实验时，无需在双缝前放一个单缝，而是用激光直接照射双缝，就能得到既明亮又清晰的干涉条纹。（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，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距。现在利用激光测量地月距离精确度已达到1m。（3）激光的亮度非常高 他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。不能直接照射眼睛，否则会伤害眼睛。（4）激光单色性很好 激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的。三、激光的应用正是由于激光具备了这些特性，因而可以在许多地方发挥威力。利用激光聚集很高能量的特点可以做成激光武器，以打穿坦克的铁甲，击落飞来的导弹，而且真正做到指向哪里就达到那里。普通的电话是通过电话线传递的，现在人们已经可以利用激光来传递各种信息，这就是激光通信。激光通信一般是通过石英制成的光缆来传递激光信号，可以比普通电话线传递更多的信息，还可以传送图片等。在医学上，医生利用医用激光器发出的特殊激光束代替手术刀，可以进行非常精细的手术，可以达到既很快完成了手术，病人出血又少的效果。此外，激光还可以用来进行理疗。一般用的照相机照出的只是平面的图像，而利用激光技术进行的全息照相可以记录下被照物体的全部信息。在全息照片上，我们看到的物体不仅有立体感，如果改变角度还可以看到物体侧面甚至背后的样子，真正做到了栩栩如生。过去印刷书刊报纸都是用铅字印刷，不仅工作繁重还有害工人健康。今天许多印刷厂已经使用激光照相排版，用激光扫描稿件，制成底版印刷。印出的书刊、报纸非常漂亮，而且卫生安全。激光技术也走进人们的生活。激光唱片(也叫cd唱片)就是一个例子。它是个直径十几厘米的圆盘，看起来闪闪发亮，实际上表面有许多人眼看不到的凸凹起伏，用以记录声音的信息。激光唱片的播放效果要比以往的胶木唱片好得多。现在又出现了激光视盘，不但能记录声音，还可以记录电影和各种图像信息，效果大大超过了录像带。光子计算机20世纪以来人类对光的研究进步很快。60年代初，激光器问世。80年代，光晶体管被研制出来。1986年，美国贝尔实验室发明出与晶体管一样的光晶体管。1990年初，贝尔实验室制成世界上第一台光子计算机。光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。光子计算机的基本组成部件是集成光路，在光子计算机中必须有激光器、透镜和棱镜。光子计算机比现代的计算机要快1000倍。它的运行速度可高达一万亿次。不仅如此，它的存贮容量也比现代的计算机大几百万倍。它还可以对语言、图形和手势进行识别和合成。能够学习模仿文字，对别人写错的地方还能判别并且联想出正确的文字。现代光纤通信是靠光信号来传递信息的，在通信中使用光子计算机，就不必像使用电子计算机那样，要将电信号转变为光信号来传递，然后又要将光信号转变成电信号。目前，世界上许多国家都投入巨资进行光子计算机的研究。激光与全息照像激光全息照片的底片上记录了光的干涉条纹，含有被摄物体反射的光的所有信息，实现了照片的立体性.若照相时，被摄物体被挡住一部分，通过调整视线仍可看见被挡部分；照片被切开成两半，从一半上仍可看到物体的全像，照片仅像一个观察物体的窗口。激光全息照相利用了激光相干性好的性质。例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什么特性？【解析】激光的平行度好且亮度高，可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量，这样可以给火箭提供高能量【答案】平行度好和能量高的特性例2.在研究材料a的膨胀特性时，可采用如图13711所示的干涉实验法a的上表面是一光滑平面，在a的上方放一个透明的平行板b，b与a上表面平行，在它们之间形成一厚度均匀的空气膜现在用波长为的单色光垂直照射，同时对a缓慢加热，在b上方观察到b板的亮度发生周期性变化当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升高到t2时，亮度再一次回到最亮问：图13711 (1)在b板上方观察到的亮暗变化是由哪两个表面的反射光叠加形成的？(2)温度由t1升高到t2时，a的高度升高多少？【解析】(1)a，b间为空气薄膜，在b板上方观察到的亮暗变化，是由b的下表面反射的光和a的上表面反射的光叠加产生的(2)当温度为t1时，设空气薄膜厚度为d1，此时最亮说明2d1k.当温度为t2时，设空气薄膜厚度为d2，此时再一次最亮说明2d2(k1)，得d1d2，故温度由t1升高到t2时，a的高度升高.【答案】见解析课堂练习：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小结1、激光的特点（1）单色性（2）方向性（3）相干性（4）高亮度2、激光器的发明以及种类3、激光的应用作业：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，如图所示为太阳光照射到空气中的一个小水珠发生全反射和色散的光路示意图，其中a、b为两束频率不同的光线，则()a在水中单色光a的折射率大于b光的折射率b单色光a比单色光b的频率高c由水射向空气，a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角d在水中a光的传播速度小于b光的传播速度解析：由题图知