4.5 激光 课时教案-2025-2026学年高二上学期物理沪科版选择性必修第一册

4.5《激光》课时教案

学科

物理

年级册别

高二上册

共1课时

教材

沪科版选择性必修第一册

授课类型

新授课

第1课时

教材分析

教材分析
本节内容出自沪科版高中物理选择性必修第一册第四章“光的波动性”第五节《激光》，是光学知识由理论向应用拓展的关键一环。教材以学生已有的光的干涉、衍射和偏振知识为基础，系统介绍激光的产生原理、基本特性及其广泛应用，强调从物理规律到技术实现的转化过程。本节内容结构清晰，逻辑严谨，既是对波动光学的深化，也为后续学习现代信息技术中的光纤通信、全息成像等内容奠定基础，在整册书中具有承上启下的作用。

学情分析
高二学生已掌握光的反射、折射、干涉与衍射等基础知识，具备一定的实验观察能力和抽象思维能力。但对激光这一高度集中的非自然光源缺乏直观体验，对其“受激辐射”的量子机制理解困难。生活中虽常见激光笔、扫码枪等设备，却往往将其简单视为“强光”，忽视其本质特征。此外，学生容易将激光与科幻影视中的武器混淆，存在认知偏差。因此教学需立足教材，通过真实实验、精准图示和生活实例，帮助学生建立科学概念，纠正误解，提升物理观念。

课时教学目标

物理观念
1. 理解激光产生的核心机制——受激辐射，知道粒子数反转和光学谐振腔在激光形成中的作用。
2. 掌握激光的四大基本特性：方向性强、单色性好、亮度高、相干性好，并能结合实例说明其物理含义。

科学思维
1. 通过比较激光与普通光源的差异，运用归纳与对比方法提炼激光的本质特征。
2. 借助能级跃迁模型和激光器结构示意图，构建“能量输入—原子激发—光放大—定向输出”的物理图景，发展建模能力。

科学探究
1. 观察激光束照射双缝产生的干涉条纹，验证其良好的相干性；通过远距离投点实验感受其方向性。
2. 设计简易方案探究激光与普通光在传播过程中的发散程度差异，提升实验设计与观察能力。

科学态度与责任
1. 认识激光在医疗、通信、制造等领域的广泛应用，体会科技推动社会进步的重要价值。
2. 了解激光安全等级分类，树立规范使用激光产品的意识，增强社会责任感。

教学重点、难点

重点
1. 激光的四大基本特性及其表现。
2. 激光与普通光源的主要区别。

难点
1. 受激辐射概念的理解及激光产生机制的掌握。
2. 相干性这一抽象特性的具象化解释。

教学方法与准备

教学方法
讲授法、实验观察法、情境探究法、合作学习法

教具准备
红色激光笔、双缝干涉片、光屏、直尺、多媒体课件、激光安全标识图

教学环节

教师活动

学生活动

情境导入
【6分钟】

一、聚焦生活，引出课题。

（一）、展示真实场景图片，引发思考。
教师投影三张高清实拍图片：
第一张：超市收银员用扫码枪扫描商品条形码；
第二张：医生手持激光治疗仪进行皮肤修复；
第三张：工厂中激光切割机精准切割金属板材。
提问：“这些看似毫不相关的场景，背后都依赖同一种技术支撑，你们知道是什么吗？”
待学生回答“激光”后，继续追问：“我们每天都可能接触到激光，那它到底是一种怎样的光？为什么普通手电筒做不到这些？”
引导语：“今天我们就来深入学习课本第87页的内容——《激光》，揭开这束‘特殊之光’背后的物理奥秘。”
板书课题：4.5 激光

（二）、回顾已有经验，建立认知锚点。
教师拿出一支普通LED手电筒和一支红色激光笔，分别打开，在墙上打出光斑。
提问：“请大家仔细观察两者的光斑有何不同？特别是在远距离时。”
学生观察后回答：“激光的光斑小而集中，手电筒的光斑大且模糊。”
教师总结：“这正是我们要研究的第一个关键问题——激光的方向性极强。接下来，我们将从它的诞生说起。”

1. 观察图片，联系生活经验。
2. 回答问题，表达初步认识。
3. 对比两种光源的光斑差异。
4. 明确学习任务，进入探究状态。

评价任务

图像识别：☆☆☆
问题提出：☆☆☆
现象描述：☆☆☆

设计意图

选用教材贴近的真实应用场景作为导入素材，避免虚构或夸张内容；通过实物对比建立直观感知，激活前概念；设问层层递进，引导学生关注核心问题，为后续学习提供明确方向。

原理剖析
【14分钟】

一、循序渐进，解析激光产生机制。

（一）、讲解受激辐射：爱因斯坦的伟大预言。
教师翻开教材第88页，指着文字说明：“教材中提到，激光的理论基础是爱因斯坦于1917年提出的‘受激辐射’概念。”
出示一幅简洁准确的原子能级跃迁图：
 

1. 阅读教材，理解文本描述。
2. 观察能级图，理解受激辐射过程。
3. 分析激光器结构

教师结合图示详细讲解：“当一个处于激发态E₂的原子，受到一个能量恰好为E₂-E₁的外来光子作用时，会跃迁回基态E₁，并发射出一个与入射光子完全相同的光子——频率相同、相位一致、传播方向一样。这就是受激辐射。注意，这是一个‘1变2’的过程，且两个光子完全一致。”

（二）、构建激光器工作模型。
教师转向教材第89页的激光器结构示意图，重新绘制简明版本：
 

“要让激光持续输出，需要三个条件：第一，要有能发生受激辐射的工作物质，比如氦-氖混合气体；第二，要用泵浦源（如高压电）使更多原子跃迁到激发态，实现‘粒子数反转’；第三，要在两端安装反射镜构成‘光学谐振腔’。只有沿轴线传播的光才能被反复反射，不断引发新的受激辐射，实现光放大。最终一部分高强度、同方向的光从半透半反镜射出，形成激光束。”

，掌握各部件功能。
4. 构建激光产生全过程的物理图景。

评价任务

图示理解：☆☆☆
机制表述：☆☆☆
模型构建：☆☆☆

设计意图

严格依据教材内容展开教学，所有知识点均来自课本；通过精准SVG图示还原教材核心插图，确保图文一致；采用“讲解+图示+教材引用”三位一体方式，降低抽象概念理解难度；突出“受激辐射”和“光学谐振腔”两个关键点，紧扣教学难点。

特性验证
【12分钟】

一、实验探究：亲历激光的独特性质。

（一）、实验1：验证方向性强。
教师将激光笔固定在讲台上，照射教室后墙约10米处的目标点，记录光斑直径；再用手电筒在同一位置照射，比较光斑大小。
提问：“为什么激光能保持细小光斑而手电筒不能？这说明了什么？”
引导学生得出结论：“因为激光经过谐振腔筛选，几乎不发散，方向性极强。”

（二）、实验2：验证相干性好。
教师将激光笔照射双缝干涉装置（双缝宽度0.2mm），在前方1.5米处光屏上呈现清晰稳定

1. 观察远距离光斑变化，验证方向性。
2. 观看干涉条纹，理解相干性意义。
3. 参与表