3.8激光学案人教版选修3-4

13.8 激光【学习目标】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.【自主学习】想一想：生活中常常听到激光这个词，那么激光有怎样的特点？又有哪些应用呢？填一填：激光是频率相同、相位差稳定、偏振方向一致的相干光，故激光与光导纤维组成了光纤通信。填一填：激光因具有平行度好的特点而被应用于精确测量距离，且能够测出目标的运动速度。在读取光盘的信息方向也有方向的应用。填一填：激光还有一个特点是亮度高，在短时间内可以积聚很大的能量，故常用切割、焊接、打孔，在医学上用于做手术。点一点：全息照相技术与普通照相技术相比，不仅可以记录光的强弱信息，还可以记录光的相位信息，实际上全息照相技术是利用了光的干涉原理，这正是利用了激光的高度相干性。议一议：激光的应用远不止这些，同学们可以查阅相关的资料以提高学习物理知识的兴趣。知识点一 激光例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：激光是用人工方法激发的一种特殊的光，A项正确，B项错误.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项正确，激光是一种电磁波，只要是电磁波就能发生衍射现象，D项错误.答案：AC方法归纳 了解激光的特性和应用.激光的特点是频率单一、相干性好，用来像无线电波那样进行调制传递信息；平行度高、方向性好，用来测量超远距离、刻制光盘；亮度高、强度大，用来充当手术刀切除肿瘤.知识点二 激光的应用例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.故本题的正确选项是C项.答案：C巧解提示 由波发生干涉的条件是频率相同相差恒定的波，以及激光的单色性好，频率单一的特点，很快得出正确选择.例3如图13-8-1所示，激光液面控制仪的原理是：固定一束激光AO以入射角i照射液面，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光电管将光讯号变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度.如果发现光点在屏上向右移动了s的距离射到B点，由此可知液面降低了_.图13-8-1解析：如图13-8-1所示，入射光方向不变，则i不变，而OB平行于OB.设液面降了h，据几何关系可得：h=coti.答案：coti方法归纳 作出几何光路图，由光的反射规律和激光的特性可求出结果，从而理解激光液面控制仪的原理.知识点三 光导纤维例4由于激光是亮度高、平行度好、单色好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体.要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大？解析：要保证不会有光线从侧面跑出来，其含义是不管入射角多大都能在侧壁发生全反射，令入射角等于90，再由折射定律和全反射临界角公式、几何关系就可以求出材料的折射率.答案：设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为.折射光线射向侧面时的入射角为，如图13-8-2所示.图13-8-2 由折射定律：n= 由几何关系：+=90sin=cos 由全反射临界角的公式：sin=cos= 要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有i=90，sini=1.故n= 解得n= 光导纤维的折射率应为n.1. 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、激光手术和激光武器都利用了激光亮度高的特点2. 激光刀是利用了激光的 （ ）A. 波动性 B. 粒子性 C. 高能量 D. 单色性好3.纳米技术是跨世纪的新技术，将激光束的宽度集中到纳米范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把诸如癌症等彻底根除。在上述技术中，人们主要利用了激光的：（ ）A、单色性B、单向性C、亮度高D、粒子性4.下列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5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_的性质。6某脉冲激光器的耗电功率为2103 W，每秒钟输出10个光脉冲，每个脉冲持续的时间为10-8 s，携带的能量为0.2 J，则每个脉冲的功率为_ W，该激光器将电能转化为激光能量的效率为_。7对准目标发射一个极短的激光脉冲，测出发射脉冲和收到回波的时间间隔，就可求出到目标的距离，这是利用了激光的_。若测出发射激光脉冲和收到回波的时间间隔为0.1 s，则可求出距目标_ m.图18.一般认为激光器发出的是频率为的“单色光”，实际上它的频率并不是真正单一的.激光频率是它的中心频率，它所包含的频率范围是(也称频率宽度).如图1所示，让单色光照射到薄膜表面a，一部分光从前表面反射回来去(这部分光称为甲光)，其余的光进入薄膜内部，其中的一小部分光从薄膜后表面b反射回来，再从前表面折射出去(这部分光称为乙光)，当甲、乙这两部分光相遇叠加而发生干涉，称为薄膜干涉.乙光与甲光相比，要在薄膜中多传播一小段时间t.理论和实践都证明,能观察到明显稳定的干涉现象的条件是:t的最大值tm与的乘积近似等于1,即只有满足tm1才会观察到明显稳定的干涉现象.已知某红宝石激光器发出的激光频率=4