2022年高三物理 第二十章 光的波動性 五、激光(第一課時)

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1、2022年高三物理 第二十章 光的波動性 五、激光(第一課時) ●本節(jié)教材分析 激光問世以來，因其諸多優(yōu)于自然光的特點，在各個領域得到了廣泛應用，激光理論、激光技術、激光應用等各個方面，都取得了巨大的進展.教材對此進行初步介紹，有利于學生全面了解光學知識，拓寬知識面，開闊眼界. 本節(jié)只要求學生初步了解激光，側重強調激光和自然光的區(qū)別，但沒有給激光下定義，更沒有講述激光的產生機理.教材沿兩條線索介紹激光：一是從它的相干性，二是它能在很短的時間和很小的空間集中很大的能量.教學中也應著重講解，還可以結合最近的科技成果聯(lián)系學生接觸的實驗做必要的介紹. ●教學目標 一、知識目標 1.了解

2、激光和自然光的區(qū)別. 2.通過閱讀，收集整理相關資料，認識激光的特點和應用. 二、能力目標 1.通過課外閱讀，收集整理有關激光應用的資料，培養(yǎng)加工處理信息的能力. 2.通過對激光的特點及應用的學習，培養(yǎng)應用物理知識解決實際問題的能力. 三、德育目標 通過對激光應用的學習，使學生感受到科學知識的無究力量，培養(yǎng)熱愛科學的品質. ●教學重點 激光與自然光的區(qū)別以及激光特點和應用. ●教學難點 激光與自然光的區(qū)別. ●教學方法 1.通過對自然光的分析，提出激光的相干性. 2.通過學生課前閱讀，初步了解激光的特點及廣泛應用. 3.通過收集激光方面的材料，討論交流，進一步掌握激

3、光的特點及應用知識. 4.通過觀看錄像，進一步加深對激光知識的了解. ●教學用具 激光手電筒、投影儀、三段有關激光的錄像材料. ●課時安排 1課時 ●教學過程 一、引入新課 ［師］課前大家已經(jīng)閱讀了課文，了解了激光是自然界沒有的光，首先我們來看看它與自然光有什么不同. 二、新課教學 （一）自然光和激光 （投影） 自然光（例如白熾燈） 激光 原子發(fā)光方向，時刻不確定 頻率不一樣 不能發(fā)生干涉 非相干光 頻率一樣 能發(fā)生干涉（雙縫干涉實驗） 人工產生的相干光 都是原子受激發(fā)處于不穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)射出來的 ［師］通過上表的比較，同學們可以看到，激光的第一個特

4、點就是它是一種人工相干光.激光還有許多與自然光不同的特點，下面請同學們將自己閱讀課文整理的表格展示出來. （教師巡視，大部分同學整理得很好，選出比較全面的一組投影（如表20—2）老師簡單講解） ［師］其實，激光的應用遠不止這些，而且還在迅速發(fā)展，這方面的介紹很多，下面請大家根據(jù)課前收集的材料，開展課堂交流. （二）激光的應用 （分組介紹，同時教師提煉要點并板書，以調動學生的積極性.） 第一組（投影資料）我們組收集整理了激光在相干性方面的特點，激光是相干光.可用來進行光的干涉、衍射等實驗（科學實驗），由于原子的發(fā)光不是無限制持續(xù)的，每一次發(fā)光與下一次發(fā)光總有一個時間間隔，只有同一

5、光源在同一發(fā)光時間間隔內發(fā)出的光，在空間某點相遇時才會發(fā)生干涉，所以原子發(fā)光的平均時間間隔稱為相干時間，在相干時間內光的行程稱為相干長度，激光的相干長度可達幾十千米，相干性較好. 第二組（投影資料）我們組整理的信息中，激光的另一特點是激光的亮度特高，近年研制出的強激光的亮度要比太陽亮100億倍以上.激光器發(fā)出的激光是集中在沿傳播方向的一個極小的發(fā)射角內，亮度就會比同功率的光源高幾億倍，在極短時間內會輻射出巨大的能量，聚集在一點時可產生幾百萬甚至上千萬度的高溫. 第三組除了前面兩組介紹的兩個特點外，還有一個特點就是激光的單色性好，自然界找不到頻率“純凈”的光，各種頻率的光總是混雜在一起的.但

6、由于激光器中光學諧振腔的干涉作用，只有那些滿足諧振腔共振條件的頻率才能形成激光輸出，不滿足共振條件的頻率，都在諧振腔內干涉相消了，因此激光的頻率單一，單色性非常好，拿氦氖氣體激光器來說，它產生的光波長范圍不到一百億分之一微米，完全可以視為單一而沒有偏差的波長，是極純的單色光. 第四組我們組收集的資料中，除了前面三組講的，還有一點，激光的方向性好，一般的手電筒或探照燈聚光雖然很好，看上去它們射出的光束是筆直的，但在一兩公里后，光線就發(fā)散成很大一片，亮度明顯減弱.而激光射到這個距離上基本沒有發(fā)散，激光是方向最一致、最集中的光. ［師］前面幾組同學從激光的特點角度閱讀收集了很多資料，都比較好，雖

7、然其中有些材料我們不能完全弄懂，但以后我們還有很多學習機會，到時可以更進一步理解.下面我們再來交流激光應用方面的資料. 第五組（閱讀） 激光具有很高的能量，所以它是精密機械加工特別是微電子工業(yè)加工不可缺少的工具，用激光對金屬打孔、切割、焊接、淬火，激光代替機械刀具和刻刀直接加工大型和微型元件，具有普通機械加工不可比擬的特點.利用它可以在堅硬的材料上打直徑0.1 mm到幾微米的小孔.激光鉆孔不受加工材料的硬度和脆性的限制，而且鉆孔速度異常快，可以幾千分之一秒甚至幾百萬分之一秒內鉆出表面十分整齊光潔的小孔，激光快速自動成型技術，可以控制激光束將材料逐層“燒結”而形成實體零件或模具、模型.它可快

8、速制成精密復雜或不規(guī)則圖案的機械零件.我國已經(jīng)研制成功激光迅速自動成型機，標志著我國已經(jīng)掌握了這項新技術，并迅速進入國產化、商品化階段. 第六組（閱讀） 激光在農業(yè)生產上也有廣泛應用，用激光照射農作物種子，可誘發(fā)遺傳變異，縮短種子發(fā)芽時間，育出的秧苗生長比較快，長勢好，粗壯且均勻整齊，改善了農作物生長性能，提高產量.把激光技術引入果樹裁培，能改良水果品質，提高水果產量.用激光照射牲畜家禽魚類，能促進生長發(fā)育等. 激光在臨床醫(yī)學上的應用相當廣泛，“激光刀”能有效地局部加熱凝固血管，出血少.而且“刀”不與組織接觸，不用消毒，激光刀很鋒利，切割軟組織和硬組織都一樣快捷，還可應用激光對穴位照射，

9、給穴位輸入能量，無痛、滅菌、快速、安全. 第七組（閱讀） 激光在信息產業(yè)領域有著重要應用.在光纖通信中，激光作為信息高速傳輸?shù)妮d體作通信載波.它還是信息高速處理的載體，光學計算機有著普通計算機無法比擬的優(yōu)點，這種計算機運算速度高，傳輸信息量大，激光應用在信息存儲領域，使大容量、高密度信息存儲成為可能，像課本上介紹的DVD實際上是一種存儲數(shù)據(jù)的磁性媒體，它可以雙層雙面使用，運行時間高達484 min，儲存量是VCD的幾十倍甚至數(shù)十倍，可多達17GB. 第八組（閱讀） 目前，激光已成為重要的戰(zhàn)略武器，在國防軍事領域有著廣泛的應用，例如激光測距、激光雷達、激光制導、激光模擬等技術的應用.激光

10、武器包括激光致盲武器、激光干擾武器、激光防空武器等，這些武器對現(xiàn)代戰(zhàn)爭產生了深遠影響.激光制導炸彈能快速準確無誤地擊中目標. 用激光點燃核燃料是目前各國科學家競相研究的重大課題，預計在xx年左右能夠用激光實現(xiàn)核聚變，能源危機問題有望得到根本解決. ［師］同學們課前做了很多準備，閱讀了大量相關資料，一定很有收獲.我也給大家收集了部分與激光相關的錄像資料，請大家看一看. （師生共同觀看錄像） 三、小結 四、布置作業(yè) 練習四、1 五、板書設計 （一）自然光與相干光 自然光 原子發(fā)光方向，產生時刻都不確定 頻率不一樣 不能發(fā)生干涉是非相干光 激光 頻率一樣 能發(fā)生

11、干涉 是人工相干光 （二）激光的應用 （三）交流總結（根據(jù)學生表述，提煉板書內容） 特點 應用（略） 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計 1.下列說法正確的是 A.自然光經(jīng)濾色片過濾后形成的單色光就是激光 B.激光在自然界中不存在，只有用人工的辦法產生 C.激光能像無線電波那樣進行調制，用以傳遞信息 D.激光雷達不僅可以測距離，還可以測目標的速度 2.一般認為激光器發(fā)出的是頻率為ν的“單色光”，實際上它的頻率并不是真正單一的，激光頻率為ν是指它的中心頻率，它所包含的頻率范圍是Δν(也稱頻譜寬度），如圖20—26，讓單色光照射到薄膜表面a，一部分光從前表面反射回來（這部分光稱為甲光

12、），另一部分光折射進入薄膜，經(jīng)表面b反射后再從表面a折射出（這部分光稱乙光），當甲、乙兩部分光相遇疊加而發(fā)生干涉，稱為薄膜干涉.乙光與甲光相比，要在薄膜中多傳播一小段時間Δt，理論和實踐都證明，能觀察到明顯穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件是：Δt的最大值Δtm與Δν的乘積近似等于1，即只有滿足Δtm·Δν≈1時才會觀察到明顯穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象. 圖20—26 已知某紅寶石激光器發(fā)出的激光頻率ν=4.32×1014 Hz,它的頻率寬度Δν=8.0× 109 Hz，讓這束激光由空氣斜射到折射率為n=的液膜表面，入射時與液膜表面成45°角，如圖所示， （1）求從O點射入薄膜中的光的傳播速率. (2)估算在如圖所示的情景下，能觀察到明顯穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的液膜的最大厚度dm. 參考答案：1.BCD 2.2.12×108 m/s;1.15×10-2 m