第4.5节 激光-【帮课堂】2024-2025学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第一册）

第四章 光 4．5 激光 课程标准 1. 了解激光的产生过程。 2. 了解激光的特点及其应用。 物理素养 物理观念：建立激光是受激辐射衍射现象和偏振现象建立光是横波的概念。 科学思维：理解激光是人工控制下，受激辐射并不断被放大而产生的相干光的过程。 科学探究：查阅资料，了解激光的最新应用。 科学态度与责任：通过激光的应用感受科技创造生产力，培养学习兴趣。 一、激光 1．激光的产生 激光是人工控制下原子受激发辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同。 (1)激发：通过外部能量源，如电能或光能，将物质中的原子或分子激发到高能级。 (2)受激辐射：当一个处于激发态的原子或分子释放出一个光子时，如果这个光子的能量与激发态和基态之间的能量差相匹配，它就能激发更多的原子或分子释放出相同频率的光子。 (3)光的放大：这些光子在特定的光学谐振腔中来回反射，通过反复的受激辐射过程，光的强度被放大，最终形成高度单色、相干、方向性强的激光束。 2．激光的特点 (1)激光是人工产生的相干光，其单色性好，相干性好。 激光的频率单一，相干性非常好，颜色特别纯，用激光做衍射、干涉实验，效果很好。 (2)激光的平行度，即方向性极高。 从激光器发出的激光具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光，传播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯的光束能扩展到几十米范围。 (3)亮度高。激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。 3．激光的种类 按介质来分： (1)气体激光：常见的有氦氖激光器、二氧化碳激光器、准分子激光器等。 (2)固体激光：常用的有红宝石激光器，在科研、医疗、军事等领域都有广泛应用，如激光测距。 (3)液体激光：常见的脉冲染料激光，它可以很好地治疗血管性疾病。 (4)半导体激光：半导体激光是利用半导体材料作为工作物质而产生的激光。 (5)光纤激光：光纤激光是通过光纤传输的激光。光纤激光可以用于瘢痕的治疗。 4．激光的应用 (1)通信 (2)测距、雷达制导 (3)激光手术（亦称光刀手术） (4)激光读写、激光加工 (5)激光武器、可控聚变反应中的应用 例1.（23-24高二上·上海黄浦·期中）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．全息照片的拍摄利用了激光易于全反射的特点 B．由于激光的方向性好，可以用激光来携带信息 C．激光测距利用了激光相干性好的特点 D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离 题型01 激光的特点 例2. 关于激光，下列说法中正确的是（    ） A．激光属于红外线 B．激光用来切割物质是因为其单色性好 C．激光是一种人工产生的相干光 D．两束激光在传播中必然平行 例3.（23-24高二上·上海浦东新·期中）干涉实验常常选择用激光进行实验，主要是是利用了激光的（　　） A．亮度高 B．平行性好 C．单色性好 D．波动性好 题型02 激光的应用 例4.（23-24高一下·上海浦东新·期中）激光可以切割或焊接厚度达到几十厘米的钢板，是利用激光（　　） A．单色性好 B．相干性高 C．方向性好 D．可以携带信息 例5. 应用激光平行性好的特点，可以精确地测量距离。对准目标发射一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到的反射脉冲的时间间隔，就可求出激光器到目标的距离。若在地球上向月球发射一个激光脉冲，测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56 s，则月球到地球的距离大约是多少千米？ 1．（24-25高二上·上海·随堂练习）以下说法错误的是（　　） A．激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性 B．由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象 C．光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物 D．普通摄像技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息摄像技术还可以记录光波的相位信息 2．（23-24高一下·上海浦东新·期中）激光防伪技术是利用光的（　　） A．干涉 B．衍射 C．散射 D．反射 3．关于激光的应用问题，下列说法中正确的是(　　) A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息 B．计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的 C．医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点 D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点 4．在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介．光盘上的信息通常是通过激光束来读取的．若激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向，如图所示．下列说法中正确的是(　　) A．图中光束①是红光，光束②是蓝光 B．在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度更快 C．若光束①②先后通过同一单缝衍射装置，光束①的中央亮纹比光束②的窄 D．若光束①②先后通过同一双缝干涉装置，光束①的条纹宽度比光束②的宽 5．（23-24高二下·上海·期末）下列说法正确的是（　　） A．激光是自然界某种物质直接反光产生的 B．照相机镜头的增透膜应用了光的衍射原理 C．在双缝干涉实验中，若用白光作光源照射双缝，当把双中的一条缝用不透光的板住时，屏上将出现宽度不同、中间是白色条纹的彩色条纹 D．观看立体电影需要用到特殊的眼镜是利用了光的偏振现象，说明光是一种纵波 （24-25高二上·上海·期末）激光 激光技术在工农业生产、光纤通信、宽带网络、信息处理、医疗卫生、文化教育、科技研究、军事发展等多方面都发挥着重要的作用。 6．有关激光的特点与应用，下列说法错误的是（　　） A．激光是一种人工产生的相干光，全息照相技术，利用了激光相干性好的特点 B．激光在医学上被当做“光刀”使用，但其亮度还不足以在金属上打孔、切割、焊接 C．激光具有良好的单色性，光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物 D．激光的平行度非常好，可以用来进行精确的测距 7．用单色光完成“杨氏双缝干涉实验”，光屏上形成的图样是（　　） A．B． C． D． 8．如图所示，两束单色光a和b从水中射向水面的O点，它们进入空气后的光合成一束光c、根据这一现象可知，下列说法正确的是（　　） A．两束光在空气中频率相同 B．两束光在水中的传播速度相同 C．水对a光的折射率较小 D．从水射向空气时，a光全反射的临界角小于b光的临界角 （2024·上海杨浦·一模）人类对光的本质的认识经历了一个漫长的过程。 9．下图为激光通过狭缝后在光屏上产生的图样。则狭缝形状和放置方向为（    ） A． B． C． D． 10．下列激光的应用中利用了激光的哪些特性（不定项选择） （1）全息照片的拍摄（ ） A .方向性好     B．相干性好     C．单色性好     D．亮度高 （2）用激光做“手术刀”（ ） A .方向性好     B．相干性好     C．单色性好     D．亮度高 11．当光线通过人眼中的瞳孔时，点光源在视网膜上形成的光斑大小限制了我们眼睛能够分辨的最小细节。光学仪器（包括人眼）的最小分辨角，其中是光波长，D是仪器孔径，已知人眼的最小分辨角约为，根据下图中的电磁波谱，可估算人眼瞳孔直径约为（   ） A． B． C． D． 12．如图（1），放置于O点的光源发出一束光照射在矩形透明介质砖abcd上，O、a、b三点在同一直线上。当光线与Oa的夹角为时，光线从介质砖上c点射出。已知，，。（，） （1）介质砖的折射率 ； （2）如图（2），光源从ab面中点入射，光线与ab面的夹角为。讨论当介质砖的折射率n满足什么条件时，光线只能从cd面出射 。（计算） （2024·上海·高考真题）汽车智能化 我国的汽车智能化技术发展迅猛。各类车载雷达是汽车自主感知系统的重要组成部分。汽车在检测到事故风险后，通过自主决策和自主控制及时采取措施，提高了安全性。 13．车载雷达系统可以发出激光和超声波信号，其中（　　） A．仅激光是横波 B．激光与超声波都是横波 C．仅超声波是横波 D．激光与超声波都不是横波 14．一辆质量的汽车，以的速度在平直路面上匀速行驶，此过程中发动机功率，汽车受到的阻力大小为 N。当车载雷达探测到前方有障码物时，主动刹车系统立即撤去发动机驱动力，同时施加制动力使车辆减速。在刚进入制动状态的瞬间，系统提供的制动功率，此时汽车的制动力大小为 N，加速度大小为 。（不计传动装置和热损耗造成的能量损失） 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第四章 光 4．5 激光 课程标准 1. 了解激光的产生过程。 2. 了解激光的特点及其应用。 物理素养 物理观念：建立激光是受激辐射衍射现象和偏振现象建立光是横波的概念。 科学思维：理解激光是人工控制下，受激辐射并不断被放大而产生的相干光的过程。 科学探究：查阅资料，了解激光的最新应用。 科学态度与责任：通过激光的应用感受科技创造生产力，培养学习兴趣。 一、激光 1．激光的产生 激光是人工控制下原子受激发辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同。 (1)激发：通过外部能量源，如电能或光能，将物质中的原子或分子激发到高能级。 (2)受激辐射：当一个处于激发态的原子或分子释放出一个光子时，如果这个光子的能量与激发态和基态之间的能量差相匹配，它就能激发更多的原子或分子释放出相同频率的光子。 (3)光的放大：这些光子在特定的光学谐振腔中来回反射，通过反复的受激辐射过程，光的强度被放大，最终形成高度单色、相干、方向性强的激光束。 2．激光的特点 (1)激光是人工产生的相干光，其单色性好，相干性好。 激光的频率单一，相干性非常好，颜色特别纯，用激光做衍射、干涉实验，效果很好。 (2)激光的平行度，即方向性极高。 从激光器发出的激光具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光，传播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯的光束能扩展到几十米范围。 (3)亮度高。激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。 3．激光的种类 按介质来分： (1)气体激光：常见的有氦氖激光器、二氧化碳激光器、准分子激光器等。 (2)固体激光：常用的有红宝石激光器，在科研、医疗、军事等领域都有广泛应用，如激光测距。 (3)液体激光：常见的脉冲染料激光，它可以很好地治疗血管性疾病。 (4)半导体激光：半导体激光是利用半导体材料作为工作物质而产生的激光。 (5)光纤激光：光纤激光是通过光纤传输的激光。光纤激光可以用于瘢痕的治疗。 4．激光的应用 (1)通信 (2)测距、雷达制导 (3)激光手术（亦称光刀手术） (4)激光读写、激光加工 (5)激光武器、可控聚变反应中的应用 例1.（23-24高二上·上海黄浦·期中）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．全息照片的拍摄利用了激光易于全反射的特点 B．由于激光的方向性好，可以用激光来携带信息 C．激光测距利用了激光相干性好的特点 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 【详解】A．全息照片拍摄是利用了激光的频率单一相干性好能够产生明显的干涉，故A错误； B．利用激光相干性好，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故B错误； C．激光测距利用了激光平行度好的特点，故C错误； D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离，故D正确。 题型01 激光的特点 例2. 关于激光，下列说法中正确的是（    ） A．激光属于红外线 B．激光用来切割物质是因为其单色性好 C．激光是一种人工产生的相干光 D．两束激光在传播中必然平行 【答案】C 【详解】A．激光就是由受激发射的光放大产生的辐射；红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在760纳米（nm）至1毫米（mm）之间，比红光长的非可见光。两者性质不同，激光表示光的状态，红外线则是表示光的种类，故A错误； B．激光用来切割物质是因为其亮度高，能量大，故B错误； C．激光是一种人工产生的相干光，激光的频率单一，相干性好，故C正确； D．激光平行度好，两束激光在传播中可以相交，故D错误。 故选C。 例3.（23-24高二上·上海浦东新·期中）干涉实验常常选择用激光进行实验，主要是是利用了激光的（　　） A．亮度高 B．平行性好 C．单色性好 D．波动性好 【答案】C 【详解】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。故选C。 题型02 激光的应用 例4.（23-24高一下·上海浦东新·期中）激光可以切割或焊接厚度达到几十厘米的钢板，是利用激光（　　） A．单色性好 B．相干性高 C．方向性好 D．可以携带信息 【答案】C 【详解】激光束可切割物质，焊接金属以及在硬质难溶物体上打孔，是利用了激光的高能量、方向性好的性质。 故选C。 例5. 应用激光平行性好的特点，可以精确地测量距离。对准目标发射一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到的反射脉冲的时间间隔，就可求出激光器到目标的距离。若在地球上向月球发射一个激光脉冲，测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56 s，则月球到地球的距离大约是多少千米？ 【答案】　3.84×105 km 【解析】　真空中光速c＝3.0×108 m/s，从发射脉冲到收到反射脉冲所用的时间中激光所行路程是月、地距离的2倍。从发射脉冲到收到反射脉冲所用的时间为2.56 s， 则月球到地球的距离大约为s＝ct＝×3.0×108×2.56 m＝3.84×105 km。 1．（24-25高二上·上海·随堂练习）以下说法错误的是（　　） A．激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性 B．由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象 C．光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物 D．普通摄像技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息摄像技术还可以记录光波的相位信息 【答案】B 【详解】A．根据激光的定义可知激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性，故A正确； B．激光是一种波，只要是波就能发生衍射现象，故B错误； C．光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，故C正确； D．普通摄像技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息摄像技术还可以记录光波的相位信息，故D正确。 题目要求选择错误的，故选B。 2．（23-24高一下·上海浦东新·期中）激光防伪技术是利用光的（　　） A．干涉 B．衍射 C．散射 D．反射 【答案】A 【详解】激光防伪技术是利用激光的相干性，故激光防伪技术是利用光的干涉。 故选A。 3．关于激光的应用问题，下列说法中正确的是(　　) A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息 B．计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的 C．医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点 D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点 【答案】　C 【解析】　由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用激光的相干性，A错误。 计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行性好，B错误。 医疗中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特点，C正确。 激光测距利用的是激光的平行性，D错误。 4．在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介．光盘上的信息通常是通过激光束来读取的．若激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向，如图所示．下列说法中正确的是(　　) A．图中光束①是红光，光束②是蓝光 B．在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度更快 C．若光束①②先后通过同一单缝衍射装置，光束①的中央亮纹比光束②的窄 D．若光束①②先后通过同一双缝干涉装置，光束①的条纹宽度比光束②的宽 【答案】 C 【解析】 由题图可知，光束①的折射率大于光束②的折射率，即n1＞n2，而n红＜n蓝，A错； 由v＝得，B错； 折射率大的光束波长小，在单缝衍射、双缝干涉实验中的条纹宽度要小，C对、D错。 5．（23-24高二下·上海·期末）下列说法正确的是（　　） A．激光是自然界某种物质直接反光产生的 B．照相机镜头的增透膜应用了光的衍射原理 C．在双缝干涉实验中，若用白光作光源照射双缝，当把双中的一条缝用不透光的板住时，屏上将出现宽度不同、中间是白色条纹的彩色条纹 D．观看立体电影需要用到特殊的眼镜是利用了光的偏振现象，说明光是一种纵波 【答案】C 【详解】A．激光不是天然存在的光，是通过受激辐射产生的光，故A错误； B．照相机镜头的增透膜应用了光的干涉原理，故B错误； C．白光是多种色光的复合光，由于各种色光波长不同，形成的衍射条纹宽度不同，故屏上将出现宽度不同、中间是白色条纹的彩色衍射条纹，故C正确； D．观看立体电影需要用到特殊的眼镜是利用了光的偏振现象，说明光是一种横波，故D错误。 （24-25高二上·上海·期末）激光 激光技术在工农业生产、光纤通信、宽带网络、信息处理、医疗卫生、文化教育、科技研究、军事发展等多方面都发挥着重要的作用。 6．有关激光的特点与应用，下列说法错误的是（　　） A．激光是一种人工产生的相干光，全息照相技术，利用了激光相干性好的特点 B．激光在医学上被当做“光刀”使用，但其亮度还不足以在金属上打孔、切割、焊接 C．激光具有良好的单色性，光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物 D．激光的平行度非常好，可以用来进行精确的测距 7．用单色光完成“杨氏双缝干涉实验”，光屏上形成的图样是（　　） A．B． C． D． 8．如图所示，两束单色光a和b从水中射向水面的O点，它们进入空气后的光合成一束光c、根据这一现象可知，下列说法正确的是（　　） A．两束光在空气中频率相同 B．两束光在水中的传播速度相同 C．水对a光的折射率较小 D．从水射向空气时，a光全反射的临界角小于b光的临界角 【答案】6．B 7．C 8．C 【解析】6．A．激光是一种人工产生的相干光，全息照相技术，利用了激光相干性好的特点，故A正确； B．激光在医学上被当做“光刀”使用，可以在金属上打孔、切割、焊接，故B错误； C．激光具有良好的单色性，光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，故C正确； D．激光的平行度非常好，可以用来进行精确的测距，故D正确。 故选B。 7．双缝干涉实验所形成的干涉图样应为明暗相间、等间距的干涉条纹。故选C。 8．根据折射定律 由图可知，两光束折射角相等，a的入射角大于b的入射角，则 所以 ，， 故选C。 （2024·上海杨浦·一模）人类对光的本质的认识经历了一个漫长的过程。 9．下图为激光通过狭缝后在光屏上产生的图样。则狭缝形状和放置方向为（    ） A． B． C． D． 10．下列激光的应用中利用了激光的哪些特性（不定项选择） （1）全息照片的拍摄（ ） A .方向性好     B．相干性好     C．单色性好     D．亮度高 （2）用激光做“手术刀”（ ） A .方向性好     B．相干性好     C．单色性好     D．亮度高 11．当光线通过人眼中的瞳孔时，点光源在视网膜上形成的光斑大小限制了我们眼睛能够分辨的最小细节。光学仪器（包括人眼）的最小分辨角，其中是光波长，D是仪器孔径，已知人眼的最小分辨角约为，根据下图中的电磁波谱，可估算人眼瞳孔直径约为（   ） A． B． C． D． 12．如图（1），放置于O点的光源发出一束光照射在矩形透明介质砖abcd上，O、a、b三点在同一直线上。当光线与Oa的夹角为时，光线从介质砖上c点射出。已知，，。（，） （1）介质砖的折射率 ； （2）如图（2），光源从ab面中点入射，光线与ab面的夹角为。讨论当介质砖的折射率n满足什么条件时，光线只能从cd面出射 。（计算） 【答案】9．C 10．B AD 11．B 12． 【解析】9．该衍射图样为单缝衍射图样，因图样在竖直方向，可知单缝为水平方向。故选C。 10．（1）全息照片的拍摄利用了激光相干性好的特点，故选B； （2）用激光做“手术刀”是利用激光的方向性好、亮度高的特点，故选AD。 11．根据，其中，若可见光的波长取， 可得人眼瞳孔直径约为 故选B。 12．（1）[1]光线射到ad面上的入射较为，入射点到d点的距离为10cm-6cm×tan53°=2cm 折射角的正弦 可得折射率 （2）[2]若光线只能从cd射出，则光线在侧面发生全反射，若光线在侧面恰能发生全反射，可知 则折射率 即当介质砖的折射率n满足时，光线只能从cd面出射。 （2024·上海·高考真题）汽车智能化 我国的汽车智能化技术发展迅猛。各类车载雷达是汽车自主感知系统的重要组成部分。汽车在检测到事故风险后，通过自主决策和自主控制及时采取措施，提高了安全性。 13．车载雷达系统可以发出激光和超声波信号，其中（　　） A．仅激光是横波 B．激光与超声波都是横波 C．仅超声波是横波 D．激光与超声波都不是横波 14．一辆质量的汽车，以的速度在平直路面上匀速行驶，此过程中发动机功率，汽车受到的阻力大小为 N。当车载雷达探测到前方有障码物时，主动刹车系统立即撤去发动机驱动力，同时施加制动力使车辆减速。在刚进入制动状态的瞬间，系统提供的制动功率，此时汽车的制动力大小为 N，加速度大小为 。（不计传动装置和热损耗造成的能量损失） 【答案】13．A 14．600 【解析】13．车载雷达系统发出的激光是横波，超声波信号是纵波。故选A。 14．[1]根据题意可知，汽车匀速行驶，则牵引力等于阻力，则与 其中 ， 解得 [2]根据题意，由可得，汽车的制动力大小为 [3]由牛顿第二定律可得，加速度大小为 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$