5.5 激光与全息照相（讲义）物理鲁科版选择性必修第一册

本讲义聚焦激光的三大特性（单色性好、方向性强、亮度高）及全息照相的干涉原理，梳理“激光特性→满足干涉条件→全息成像”的逻辑链条，对比普通照相（记录光强）与全息照相（记录全部光信息）的差异，构建完整知识支架。 资料设计实验探究（如激光笔演示方向性、观察全息照片三维效果）和分层练习（随学随练到迁移创新），通过实验验证提升科学探究能力，对比分析培养科学思维，结合激光在工业、医疗等领域应用，增强科学态度与责任。课中辅助教师演示原理，课后助力学生查漏补缺。

第五章 光的干涉、衍射和偏振 第5节 激光与全息照相 课标要点 1.能理解激光的三大核心特性（单色性好、方向性强、亮度高），明确全息照相基于光的干涉原理（参考光与物光干涉记录信息），建立“激光特性→满足干涉条件→全息成像”的物理认知逻辑，掌握激光与全息照相的基本原理。 2.能通过分析激光的单色性、相干性对全息照相的影响，推导全息图记录与再现的物理过程（记录物光振幅和相位，再现时还原三维图像），对比普通照相（记录光强）与全息照相（记录光的全部信息）的差异，提升逻辑推导与对比分析能力。 3.能参与“观察激光特性与全息照片”实验（如用激光笔演示方向性、照射全息照片观察三维效果），记录激光的传播特点及全息图像的呈现效果，结合光的干涉知识分析实验现象，验证激光特性对全息技术的重要性，提高实验观察与原理验证能力。 4.通过了解激光在工业加工（如激光切割）、医疗（如激光手术）通信（如激光通信）及全息照相在防伪、艺术展示、军事侦察等领域的应用，认识其对科技进步和社会发展的推动作用，培养运用物理知识关注前沿科技、探索技术应用的责任意识。 学习重难点 重点：理解激光的三大特性（单色性、方向性、亮度高）及全息照相的干涉原理。 难点：分析全息照相记录与再现物光信息的过程及激光的作用。 知识点 激光及其特性 1.激光是原子受激辐射产生的光，发出的光的相位差、频率、振动方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是人工产生的相干光。 2.激光的特性 激光光束中所有光子的频率一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致，所以激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。 随学随练 1.激光：1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了频率__________、相位差__________、振动方向__________的光波，这就是激光。 【答案】 相同 恒定 一致 【详解】激光是受激辐射产生的光，具有相干性好的特点，组成激光的光子频率相同、相位差恒定、振动方向相同，所以激光是相干光，单色性好。1960 年梅曼制成世界第一台红宝石激光器，产生出这样的光波。 2.（多选）对于激光的认识，下列说法正确的是（　　） 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．激光具有单色性好、方向性好、亮度高的特点 【答案】CD 【详解】AB．普通光源发出的光不是激光，激光是人工产生的，自然界中并不普遍存在，故AB错误； CD．激光是一种人工产生的相干光，具有单色性好、方向性好、亮度高的特点，故CD正确。 故选CD。 3.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，推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，燃气以极高的速度喷出，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？ 【答案】激光的亮度高、方向性好，能量可高度汇聚的特性。 【详解】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。激光使推进剂受热而急剧膨胀，从而给火箭提供高能量。 知识点 激光的应用 激光相干性高：常用于单缝衍射和双缝干涉实验、光纤通信、全息照相； 激光平行度好：常用于精确的测距；提供目标指引；读取光盘上记录的信息等； 激光亮度高：常用于用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀”。 随学随练 1.（多选）关于激光的应用，下列说法正确的是（     ） A．光纤通信是应用激光相干性好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递 B．计算机内的“激光头”可读出光盘上记录的信息，这应用了激光平行度好的特点 C．激光打孔应用了激光相干性好的特点 D．“激光测距雷达”利用激光测量很远的目标的距离，这主要应用了激光亮度高的特点 【答案】AB 【详解】A．光纤通信主要利用激光相干性好的特点，将信息调制到光载波上并在光导纤维中传递，故A正确；B．计算机内的“激光头”读取光盘上记录的信息，主要利用激光平行度好的特点，故B正确；C．激光打孔需要把能量集中在很小的区域，主要利用激光亮度高的特点，而不是相干性好，故C错误；D．激光测距雷达需要激光束具有良好的方向性以准确指向远处目标，主要利用激光平行度好的特点，而不是亮度高，故D错误。故选AB。 2.（多选）激光技术作为现代科技的重要组成部分，已经渗透到我们生活的方方面面。从医疗到通信，从工业到军事，激光的应用不断推动着社会的进步和发展。下列关于激光的说法正确的是（　　） A．科学家利用激光技术测量月球与地球间的距离，误差精确到厘米级别，是利用了激光的相干性 B．在利用激光进行双缝干涉实验中，若将入射光由绿光变为红光，则两相邻亮条纹的中心间距会变大 C．激光雷达信号从空气射入折射率为的液体，频率变为原来的倍 D．光纤通信是利用激光在光纤中发生全反射来实现远距离信号传输的 【答案】BD 【详解】A．激光测距误差在厘米级，主要用到了激光平行度好的特性，故A错误；B．在双缝干涉实验中，只将入射光由绿光变为红光，由于绿光的波长比红光的波长短，由相邻亮条纹或暗条纹的间距公式可知，两相邻亮条纹的中心间距变大，故B正确；C．激光雷达信号从空气射入折射率为的液体后，其频率由光源决定，与液体无关，因此频率保持不变，故C错误；D．光纤通信是利用激光在光纤中发生全反射来实现远距离信号传输的，故D正确。故选BD。 3.（多选）准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光刀，可用于近视眼的治疗。下列说法正确的是（     ） A．激光具有很好的平行度，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术 B．用激光治疗近视眼是对视网膜进行修复 C．用激光治疗近视眼是对角膜进行切削等 D．用激光治疗近视眼利用的是激光的相干性好 【答案】AC 【详解】A．激光具有很好的平行度，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术，故A正确；BC．激光手术不是修复视网膜，而是对角膜进行切削等，改变角膜的形状，使物体经过角膜和晶状体后成像在视网膜上，故B错误，C正确；D．激光刀利用的是亮度高、能量集中、平行度好，不是相干性好。故D错误。故选AC。 4.（多选）关于激光在下列用途中的说法正确的是（　　） A．光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，它是利用激光具有相干性，能像无线电波一样被调制来传递信息的 B．按照信息论的理论，电磁波的频率越高，它所携带的信息量越大，用激光可以比用无线电波传递更多的信息 C．在演习中，常用激光制导炸毁目标，这是由于激光平行度高，方向性强，在传播很远后仍保持一定强度，指示目标准确 D．激光在医学上当作“光刀”进行手术，利用的是激光相干性好这一特点 【答案】ABC 【详解】A．激光具有良好的相干性，能够进行调制并由光导纤维传输信息，故A正确；B．在调制技术等条件相近时，载波频率越高，可利用的频带越宽、信息容量越大；激光的频率远高于无线电波，故B正确； C．激光的平行度高、方向性强，远距离传播时光束发散很小，能保持较高强度并准确指示目标，故C正确； D．激光作“光刀”主要利用激光亮度高、能量集中，使组织迅速汽化或凝固，并非利用相干性好，故D错误。 故选ABC。 知识点 全息照相 全息照相是应用光的干涉实现的。如图 所示，作为光源的激光被分成两部分：一部分通过凹透镜发散后射到胶片上；另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另一个凹透镜发散后射向被拍摄的物体。该物体把光反射到胶片上，并与第一束光发生干涉，两束光干涉的结果就在胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息。 随学随练 1.全息照相 （1）与普通照相技术的比较 普通照相技术所记录的只是光波的______信息，而全息照相技术还记录了光波的______信息； （2）原理：全息照片的拍摄利用了光的______原理。 【答案】 强弱 相位 干涉 【详解】（1）[1][2]普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还记录了光波的相位信息。 （2）[3]全息照片的拍摄利用了光的干涉原理。 2.激光全息照相技术主要是利用激光的哪一种优良特性（　　） A．亮度高 B．方向性好 C．相干性好 D．抗电磁干扰能力强 【答案】C 【详解】激光全息照相技术主要是利用激光的相干性好的特点。故选C。 3.全息照相技术的原理如图所示：物体在激光照射下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而将物体光波的全部信息记录下来，成为一张全息照片。在全息干板上形成全息照片的过程利用了光的（　　） A．干涉现象 B．衍射现象 C．折射现象 D．色散现象 【答案】A 【详解】通过其原理可知，将一束激光通过分光镜分成两束，一束通过平面镜、扩束镜到达全息干板，另一束通过平面镜、扩束镜后照射物体，反射到全息干板，两束是相干光，会在全息干板上叠加形成干涉图样。故选A。 题型 激光的综合应用 1.2025年9月3日，在北京举办了纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年大会。展示的一款舰载激光武器（如图）引起广泛关注，它是利用定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效的舰用定向光能武器。关于其使用的激光，下列说法正确的是（　　） A．激光在空气和水的界面一定会发生明显的折射 B．激光通过双缝可以形成干涉条纹 C．激光通过单缝不会发生衍射现象 D．激光是纵波，不能发生偏振现象 【答案】B 【详解】A．光从空气斜射入水时会发生折射，但垂直入射时传播方向不变，故A错误；B．激光具有高相干性，是理想的相干光源，双缝干涉实验可获得稳定、清晰的干涉条纹，故B正确；C．任何波长的光通过单缝都会发生衍射，激光也不例外，只是当缝宽远大于波长时衍射不明显，故C错误；D．激光是电磁波，属于横波，横波具有偏振特性，故D错误。故选B。 2.日常生活和科技中蕴含物理知识，下列说法正确的是（　　） A．利用激光亮度高的特点，可以测量地球到月亮的距离。 B．通过两支夹紧的不透明笔杆间缝隙看发光日光灯能观察到彩色条纹，这是光的衍射现象 C．光导纤维是利用光的全反射原理，其内芯材料是光疏介质，外套材料是光密介质 D．正在鸣笛的火车向着我们疾驰而来时，我们听到的声波频率与该波源的频率相比变小 【答案】B 【详解】A．测量地球到月球的距离利用的是激光平行度好、长距离传播不易发散的特点，和激光亮度高的特性无关，故A错误；B．日光灯发出的白光通过笔杆间的狭缝时发生单缝衍射，不同色光的衍射条纹间距不同，因此会观察到彩色条纹，属于光的衍射现象，故B正确；C．光导纤维利用光的全反射原理，全反射的发生条件是光从光密介质射入光疏介质，因此内芯为光密介质、外套为光疏介质，故C错误；D．根据多普勒效应，当波源靠近观察者时，观察者接收到的声波频率高于波源的固有频率，故D错误。故选B。 3.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列选项符合实际应用的是（　　） A．立体电影利用了光的衍射现象 B．自行车尾灯利用了光的色散原理 C．光学镜头上的增透膜是利用光的偏振 D．激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息 【答案】D 【详解】A．立体电影利用的是光的偏振现象，不是衍射，故A错误；B．自行车尾灯利用的是光的全反射原理，不是色散，故B错误；C．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉，不是偏振，故C错误；D．激光全息照片利用光的干涉记录物体三维图像信息，故D正确。故选D。 4.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所某科研团队通过飞秒（）激光技术实现了金属表面超疏水稳定性能的提高，同时显著提升了金属表面防腐能力。超疏水是自然界中常见的一种现象。荷叶能“出淤泥而不染”就与植物表面的超疏水性有关。已知真空中光的传播速度，下列说法正确的是（　　） A．真空中，激光在1fs内传播的距离为 B．只要振荡电路的频率足够高，就能产生激光 C．金属表面的超疏水性是因为金属对水是浸润的 D．水滴到荷叶表面迅速形成水珠，此时水珠表面水分子间距比水珠内部水分子间距更小 【答案】A 【详解】A．空中，激光在1fs内传播的距离为，故A正确；B．激光的产生需要特定的物理条件，振荡电路的频率足够高，不一定能产生激光，故B错误；C．金属表面的超疏水性是因为金属对水是不浸润的，故C错误；D．水滴到荷叶表面迅速形成水珠，此时水珠表面水分子间距比水珠内部水分子间距更大，这是由于液体表面张力作用导致的，故D错误。故选A。 5.阿秒激光器能产生阿秒（）数量级的激光脉冲信号，可用于探测原子内绕核运动电子的动态行为。周期为1阿秒的激光脉冲信号的长度最接近于（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】光在真空中的传播速度为根据脉冲长度公式，代入数据解得 故B正确，A、C、D错误；故选B。 6.（多选）关于光的性质与应用，下列说法正确的是（　　） A．观众在看立体电影时要戴上特制的眼镜，这是应用了光的偏振 B．内窥镜利用了多普勒效应 C．全息照片的拍摄利用了光的干涉原理 D．照相机镜头上呈现的淡紫色是由光的反射现象引起的 【答案】AC 【详解】A．在观看立体电影时，观众要戴上一副特制的眼镜，这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片，这样，从银幕上看到的景象才有立体感，如果不戴这副眼镜看，银幕上的图像就模糊不清，这是应用了光的偏振，故A正确；B．内窥镜利用了光的全反射原理，故B错误；C．全息照片拍摄的原理是利用激光的干涉性来记录物体的干涉图样，将它记录在一个感光介质上，并利用显影等工艺制成全息照片，可知，全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，故C正确；D．照相机镜头上呈现的淡紫色是薄膜干涉现象，即照相机镜头上呈现的淡紫色是由光的干涉现象引起的，故D错误。故选AC。 基础通关 1.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。 2.下列说法正确的是（　　） A．激光是自然光被放大而产生的 B．激光是原子受激辐射而得到的加强光 C．激光的能量一定大于其他光的能量 D．激光的传播速度比普通光的大 【答案】B 【详解】激光是由人工产生的光，它是由原子受激辐射而产生的加强光，它具有平行度好、相干性强和亮度高的特点，其传播速度等于光速，其能量不一定大于其他光的能量。 故选B。 3.（多选）下列说法正确的是（    ） A．全息照片的拍摄利用了光的干涉原理 B．利用自然光也可以拍摄全息照片 C．全息照相过程中，只有一部分光照射到底片上 D．全息照相过程中，有两部分光照射到底片上 【答案】AD 【详解】自然光不是相干光，因此不能用来拍摄全息照片。全息照相过程中，要把激光分成两部分照射到底片上发生干涉，从而形成全息照片。 故选AD。 4.下列关于激光特性的应用，下列说法不正确的是（　　） A．激光来读取光盘信息，是利用了激光的平行性好 B．利用激光来进行精确的测距，是利用了激光的平行性好 C．光纤通信利用激光被调制传递信息，是利用了激光的方向性好 D．医学上用激光做“光刀”切除肿瘤，是利用了激光的能量高的特点 【答案】C 【详解】A．激光读取光盘信息是利用其平行性好的特点，可会聚到极小的点精准识别光盘上的存储信息，故A正确；B．激光平行性好，远距离传播时发散程度极低，可实现精确测距，故B正确；C．光纤通信中激光可被调制传递信息，是利用激光的相干性好的特性，并非方向性好，故C错误；D．激光亮度高、能量集中，可作为“光刀”切除肿瘤，故D正确。本题选不正确的，故选C。 5.我国近期在真空紫外激光（属于紫外线）、6G光通信、ABF晶体等领域连续取得世界级突破。下列说法正确的是（     ） A．真空紫外激光频率比可见光频率低 B．光的偏振现象说明光是纵波，激光的高方向性是偏振造成的 C．光纤通信利用光的折射进行信号传输，光纤内芯折射率小于外套折射率 D．若ABF晶体对某光的折射率为1.6，则该光由该晶体射向真空时发生全反射的临界角小于45° 【答案】D 【详解】A．电磁波谱中紫外线频率高于可见光，真空紫外激光属于紫外线，因此其频率高于可见光，A错误；B．偏振是横波特有的性质，光的偏振现象说明光是横波，B错误；C．光纤通信利用光的全反射传输信号，全反射的必要条件是光从光密介质射入光疏介质，因此光纤内芯折射率大于外套折射率，C错误； D．光从介质射向真空时，全反射临界角满足公式，代入得，，因此，D正确。故选D。 6.激光雷达是集“激光”“全球定位系统”和“惯性导航系统”三种技术于一身的系统，它是无人驾驶和低空经济快速发展的基石。下列关于激光和雷达等的说法错误的是（　　） A．科学家利用激光技术测量月球与地球间的距离，误差精确到厘米级，这里用到了激光平行度好的特性 B．在双缝干涉实验中，只将入射光由绿光变为红光，两相邻亮条纹的中心间距会变窄 C．激光雷达信号从空气射入折射率为的液体，速度大小变为原来的 D．光纤通信是利用激光在光纤中全反射来实现远距离信号传输的 【答案】B 【详解】A．激光测距误差在厘米级，主要用到了激光平行度好的特性，故A正确，不符合题意； B．在双缝干涉实验中，只将入射光由绿光变为红光，由于红光的波长比绿光的波长长，由相邻亮条纹或暗条纹的间距公式可知，两相邻亮条纹的中心间距变宽，故B错误，符合题意； C．根据可知，激光雷达信号从空气射向折射率为的液体速度变为原来的，故C正确，不符合题意； D．光纤通信是利用激光在光纤中全反射来实现远距离信号传输的，故D正确，不符合题意。 故选B。 7.下列关于多普勒效应和激光的特性描述，正确的是（　　） A．医院检查身体的“彩超”仪利用了超声波的多普勒效应 B．主动降噪技术应用的是声波的多普勒效应 C．激光的相干性好，所以医学上用激光“刀”做切除肿瘤等外科手术 D．激光可以用来精确的测距，这是利用了激光的亮度高这个特点 【答案】A 【详解】A．“彩超” 仪通过向人体发射超声波，当超声波遇到运动的脏器或血流时，会产生多普勒频移，仪器根据接收到的反射波频率变化来检测血流速度等信息，从而实现对身体状况的检查，确实利用了超声波的多普勒效应，故A正确；B．主动降噪技术是通过产生与外界噪声幅值相等、相位相反的声波，相互抵消来实现降噪，应用的是声波的干涉原理，并非多普勒效应，故B错误；C．医学上用激光 “刀” 做切除肿瘤等外科手术，是因为激光的能量高度集中，即亮度高，而不是相干性好，故C错误；D．激光可以用来精确的测距，是利用了激光的方向性好，能准确地传播到目标并反射回来，通过测量时间来计算距离，而不是利用亮度高的特点，故D错误。故选A。 8.在塑料瓶的侧面开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。让激光透过瓶子水平射向小孔，如图所示，激光将沿着水流传播，下列说法正确的是（　　） A．激光束发生弯曲是因为激光在水流与空气的分界面发生了折射 B．激光在水中的传播速度大于其在空气中的传播速度 C．瓶中液体折射率越大，激光越容易沿水流传播 D．激光器距瓶越近，激光越容易沿水流传播 【答案】C 【详解】A．激光束发生弯曲是因为激光在水流与空气的分界面发生了全反射，故A错误；B．根据 可知，折射率越大，光在其中传播速度越小，故激光在水中的传播速度小于其在空气中的传播速度，故B错误；C．根据可知，折射率越大，发生全反射的临界角越小，越容易发生全反射，激光越容易沿水流传播，故C正确；D．激光器距瓶的远近，不改变激光在水流与空气的分界面处入射角的大小，所以不影响激光在水中的传播，故D错误。故选C。 9.近日，一段“电力局用激光炮修剪树枝”的视频在网络走红，图中机器名为便携式激光清障仪，上方的树枝经过激光照射后断裂。下列关于激光说法不正确的是（　　） A．激光是频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波 B．激光修剪树枝是利用激光亮度高、能量大的特点 C．激光测距利用了激光相干性好的特点 D．光纤通信是利用了激光能被调制，可以用来传递信息的特点 【答案】C 【详解】A．激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性，故A正确；B．激光修剪树枝是利用激光亮度高、能量大的特点，故B正确；C．激光测距利用激光测量很远目标的距离是应用了激光平行度好的特点，故C错误；D．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号来进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息，故D正确。本题选不正确的，故选C。 10.人类利用激光干涉法探测到13亿年前黑洞合并发出的传到地球的引力波，证实了爱因斯坦100多年前在广义相对论中有关引力波的预言。如图1所示，引力波是一种时空涟漪，其发现的意义就像一个失聪的人突然拥有了听觉，从此获得感知世界的新能力。以下说法错误的是（　　） A．人类可以从引力波中获得13亿年前的信息 B．具有质量的物体能产生引力波 C．干涉是波特有的性质，所以激光也是一种波 D．引力波的传播需要空气作为介质 【答案】D 【详解】A．波本身就携带信息，故人类可以从引力波中获得13亿年前的信息，故A正确；B．具有质量的物体能产生引力波，故B正确；C．干涉是波特有的性质，所以激光也是一种波，故C正确；D．引力波可以在真空中传播，不需要空气作为介质，故D错误。本题选错误的，故选D。 11.（多选）激光被誉为“神奇的光”，关于激光的应用，下列说法中正确的是（　　） A．激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量能集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度 B．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，使其在光导纤维中传递信息 C．用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响 D．医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点 【答案】AD 【详解】A．激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量能集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度，故A正确；B．由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性，故B错误；C．用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光方向性好、能量高，故C错误；D．医疗中用激光做“光刀”利用了激光的亮度高的特点，故D正确。故选AD。 12.（多选）我国的新能源汽车智能技术日臻完美，各类车载雷达能在“感知”到可能的危险时，通过汽车智能组件的快速运算并采取应对措施，大大提高了汽车的安全性，有关车载雷达系统同时发出的激光和超声波信号，下列说法正确的是（　　） A．激光是横波，超声波是纵波 B．激光是纵波，超声波是横波 C．激光与超声波都能在真空中传播 D．激光能在真空中传播，超声波必须在介质中才能传播 【答案】AD 【详解】AB．车载雷达系统发出的激光是横波，超声波信号是纵波，故A正确，B错误；CD．激光可以在真空中传播，而超声波不能在真空中传播，必须在介质中才能传播，故C错误，D正确。故选AD。 13.（多选）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．平行性 C．亮度高 D．粒子性 【答案】BC 【详解】A．单色性说明激光的频率范围窄，几乎无色差，A错误；B．平行性很好，说明激光传播很远的距离仍能保持很好的强度，B正确；C．亮度高说明激光能在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量，C正确；D．粒子性说明激光具有能量和动量，D错误；故选BC。 素养提升 14.图甲为高青县陈庄·唐口遗址的祭姜太公铜觥全息投影，其拍摄过程的基本原理如图乙所示。激光经分束镜被分成两部分：一部分经平面镜反射、扩束镜发散后射到胶片上；另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另一个扩束镜发散后射向被拍摄的文物，文物把光反射到胶片上，并与第一束光相遇，两束光就在胶片上记录下文物的全息照片。则（     ） A．文物全息拍摄主要利用光的偏振现象 B．文物全息拍摄主要利用光的折射现象 C．文物全息拍摄主要是利用激光的相干性好的特点 D．改用白炽灯发出的自然光也能清晰完成文物的全息拍摄 【答案】C 【详解】AB．全息摄影主要利用了光的干涉原理，故AB错误； C．激光的相干性好，能满足干涉对相干光源的要求，这是激光用于全息拍摄的核心特点，故C正确； D．白炽灯发出的自然光为非相干光，无法获得稳定的干涉图样，不能完成全息拍摄，故D错误。 故选C。 15.如图所示，用红色激光对准球状水滴照射，背面放上一副白屏，就可以获得水中微生物的衍射图样，对此，下列说法正确的是（　　） A．激光是一种横波，传播时需要介质 B．激光进入水滴后波长不会发生变化 C．微生物的大小接近激光波长时，衍射现象明显 D．换绿色激光照射水滴，一定不能得到微生物的衍射图样 【答案】C 【详解】A．激光属于电磁波，是一种横波，传播时不需要介质，A错误；B．激光进入水滴后，频率不变，光速变小，根据公式则波长减小，B错误；C．当障碍物的大小小于等于光的波长时，会发生明显的衍射，故微生物的大小接近激光波长时，衍射现象明显，C正确；D．绿色激光的波长小于红色激光的波长，但如果微生物的大小小于等于绿光的波长，也能发生明显的衍射，也能得到微生物的衍射图样，D错误； 故选C。 16.2023年诺贝尔物理学奖授予了“产生阿秒光脉冲的实验方法”。阿秒（as）是一个极短的时间单位，。阿秒光脉冲是一种发光持续时间在as量级的光脉冲，它相当于一个足够快的“快门”，帮助人们“拍摄”高速运动的电子，从而“打开电子世界的大门”。产生阿秒光脉冲的模型是：用强激光照射某些气体，由于激光的电场是交变电场，该电场的电场强度和原子内部的库仑场的强度相当时，电子就可能“电离”成为自由电子；电离后的自由电子在激光电场作用下“加速”；当激光的电场反向后，一些电子就有可能飞到被电离的原子附近并与其“复合”回到基态，同时释放出一个高能光子，其频率为入射强激光频率的整数倍，称为高次谐波光子。在适当的条件下，大量原子辐射出高次谐波叠加形成脉冲宽度为阿秒量级的光脉冲。根据上述信息并结合已有的知识，判断下列说法正确的是（　　） A．在1阿秒的时间内，光前进的距离约为0.3mm B．电子复合时释放的光子能量等于电子在激光场中加速时获得的能量 C．电子的“电离”“加速”和“复合”将周期性地发生，时间间隔与激光电场的周期有关 D．强激光光子能量是高次谐波光子能量的整数倍 【答案】C 【详解】A．在1as时间内，光传播距离为故A项错误；B．结合题意可知，由于激光是往复振荡，电子在激光电场的作用下会回到原子核附近，在回到原子核的过程中，电子被激光电场加速获得很高的能量，当电子回到原子核，电子的能量以产生高次谐波形式释放这部分能量，辐射高能量光子。释放的光子能量为电子在回到原子核过程获得的动能和电子电离能的总和。所以电子复合时释放的光子能量不等于电子在激光场中加速时获得的能量，故B项错误；C．由题意可知，电子的“电离”“加速”和“复合”将周期性地发生，时间间隔与激光电场的周期有关，故C项正确；D．由题意可知，高次谐波光子频率是强激光光子频率的整数倍，由能量子公式所以因该是高次谐波光子能量是强激光光子能量的整数倍，故D项错误。故选C。 迁移创新 17.激光由于其单色性好、亮度高、方向性好等特点，在科技前沿的许多领域有着广泛的应用。按照近代光的粒子说，光由光子组成，光子可以简单地理解为具有动量和能量的微粒。激光冷却和原子捕获技术在科学上意义重大。 2022年11月22日，由中国科学院精密测量院研制的空间冷原子干涉仪成功抵达中国空间站，进行相关科学探索。冷原子干涉仪核心技术之一是激光冷却技术，其原理是利用激光产生的阻力使原子降速从而降低原子温度。根据多普勒效应，当原子迎着光束的方向运动时，其接收到的光的频率会升高，当原子接收到的光的频率等于该原子的固有频率时，原子吸收光子的概率最大。如图所示，现有某原子以速度沿x轴正方向运动，两束完全相同的激光，沿x轴从相反的方向对该原子进行照射。结合所学知识，下列说法正确的是（　　） A．若原子吸收了激光束A中的光子，其速度将减小 B．为使原子减速，所用激光的频率应小于原子的固有频率 C．激光频率一定时，原子质量越大，激光制冷的效果越好 D．激光制冷技术只能使特定速率的原子减速，而其余原子的速率保持不变 【答案】B 【详解】AB．设原子动量大小为，激光的光子动量大小为 ，因为原子动量需要减小为，则根据动量守恒定律可知，为了使原子动量减小，激光的照射方向应与原子的运动方向相反。根据多普勒效应，原子迎着光束的方向运动时，其接收到的光的频率会升高。当原子接收到的光的频率等于该原子的固有频率时，原子吸收光子的概率最大。则所用激光的频率应小于原子的固有频率，故A错误，B正确；CD．激光冷却是指当原子在频率略低于原子跃迁能级差且相向传播的一对激光中运动时，由于多普勒效应，原子倾向余吸收原子运动方向相反的光子，两激光产生一个与原子运动方向相反的阻尼力，由牛顿第二定律可知，原子质量越大，加速度越小，其减速效果差，即制冷效果不好且由上述原理可知，激光制冷技术不是使特定速率原子减速，故CD错误。故选B。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 光的干涉、衍射和偏振 第5节 激光与全息照相 课标要点 1.能理解激光的三大核心特性（单色性好、方向性强、亮度高），明确全息照相基于光的干涉原理（参考光与物光干涉记录信息），建立“激光特性→满足干涉条件→全息成像”的物理认知逻辑，掌握激光与全息照相的基本原理。 2.能通过分析激光的单色性、相干性对全息照相的影响，推导全息图记录与再现的物理过程（记录物光振幅和相位，再现时还原三维图像），对比普通照相（记录光强）与全息照相（记录光的全部信息）的差异，提升逻辑推导与对比分析能力。 3.能参与“观察激光特性与全息照片”实验（如用激光笔演示方向性、照射全息照片观察三维效果），记录激光的传播特点及全息图像的呈现效果，结合光的干涉知识分析实验现象，验证激光特性对全息技术的重要性，提高实验观察与原理验证能力。 4.通过了解激光在工业加工（如激光切割）、医疗（如激光手术）通信（如激光通信）及全息照相在防伪、艺术展示、军事侦察等领域的应用，认识其对科技进步和社会发展的推动作用，培养运用物理知识关注前沿科技、探索技术应用的责任意识。 学习重难点 重点：理解激光的三大特性（单色性、方向性、亮度高）及全息照相的干涉原理。 难点：分析全息照相记录与再现物光信息的过程及激光的作用。 知识点 激光及其特性 1.激光是原子受激辐射产生的光，发出的光的相位差、频率、振动方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是人工产生的相干光。 2.激光的特性 激光光束中所有光子的频率一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致，所以激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。 随学随练 1.激光：1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了频率__________、相位差__________、振动方向__________的光波，这就是激光。 2.（多选）对于激光的认识，下列说法正确的是（　　） 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．激光具有单色性好、方向性好、亮度高的特点 3.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，推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，燃气以极高的速度喷出，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？ 知识点 激光的应用 激光相干性高：常用于单缝衍射和双缝干涉实验、光纤通信、全息照相； 激光平行度好：常用于精确的测距；提供目标指引；读取光盘上记录的信息等； 激光亮度高：常用于用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀”。 随学随练 1.（多选）关于激光的应用，下列说法正确的是（     ） A．光纤通信是应用激光相干性好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递 B．计算机内的“激光头”可读出光盘上记录的信息，这应用了激光平行度好的特点 C．激光打孔应用了激光相干性好的特点 D．“激光测距雷达”利用激光测量很远的目标的距离，这主要应用了激光亮度高的特点 2.（多选）激光技术作为现代科技的重要组成部分，已经渗透到我们生活的方方面面。从医疗到通信，从工业到军事，激光的应用不断推动着社会的进步和发展。下列关于激光的说法正确的是（　　） A．科学家利用激光技术测量月球与地球间的距离，误差精确到厘米级别，是利用了激光的相干性 B．在利用激光进行双缝干涉实验中，若将入射光由绿光变为红光，则两相邻亮条纹的中心间距会变大 C．激光雷达信号从空气射入折射率为的液体，频率变为原来的倍 D．光纤通信是利用激光在光纤中发生全反射来实现远距离信号传输的 3.（多选）准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光刀，可用于近视眼的治疗。下列说法正确的是（     ） A．激光具有很好的平行度，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术 B．用激光治疗近视眼是对视网膜进行修复 C．用激光治疗近视眼是对角膜进行切削等 D．用激光治疗近视眼利用的是激光的相干性好 4.（多选）关于激光在下列用途中的说法正确的是（　　） A．光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，它是利用激光具有相干性，能像无线电波一样被调制来传递信息的 B．按照信息论的理论，电磁波的频率越高，它所携带的信息量越大，用激光可以比用无线电波传递更多的信息 C．在演习中，常用激光制导炸毁目标，这是由于激光平行度高，方向性强，在传播很远后仍保持一定强度，指示目标准确 D．激光在医学上当作“光刀”进行手术，利用的是激光相干性好这一特点 知识点 全息照相 全息照相是应用光的干涉实现的。如图 所示，作为光源的激光被分成两部分：一部分通过凹透镜发散后射到胶片上；另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另一个凹透镜发散后射向被拍摄的物体。该物体把光反射到胶片上，并与第一束光发生干涉，两束光干涉的结果就在胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息。 随学随练 1.全息照相 （1）与普通照相技术的比较 普通照相技术所记录的只是光波的______信息，而全息照相技术还记录了光波的______信息； （2）原理：全息照片的拍摄利用了光的______原理。 2.激光全息照相技术主要是利用激光的哪一种优良特性（　　） A．亮度高 B．方向性好 C．相干性好 D．抗电磁干扰能力强 3.全息照相技术的原理如图所示：物体在激光照射下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而将物体光波的全部信息记录下来，成为一张全息照片。在全息干板上形成全息照片的过程利用了光的（　　） A．干涉现象 B．衍射现象 C．折射现象 D．色散现象 题型 激光的综合应用 1.2025年9月3日，在北京举办了纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年大会。展示的一款舰载激光武器（如图）引起广泛关注，它是利用定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效的舰用定向光能武器。关于其使用的激光，下列说法正确的是（　　） A．激光在空气和水的界面一定会发生明显的折射 B．激光通过双缝可以形成干涉条纹 C．激光通过单缝不会发生衍射现象 D．激光是纵波，不能发生偏振现象 2.日常生活和科技中蕴含物理知识，下列说法正确的是（　　） A．利用激光亮度高的特点，可以测量地球到月亮的距离。 B．通过两支夹紧的不透明笔杆间缝隙看发光日光灯能观察到彩色条纹，这是光的衍射现象 C．光导纤维是利用光的全反射原理，其内芯材料是光疏介质，外套材料是光密介质 D．正在鸣笛的火车向着我们疾驰而来时，我们听到的声波频率与该波源的频率相比变小 3.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列选项符合实际应用的是（　　） A．立体电影利用了光的衍射现象 B．自行车尾灯利用了光的色散原理 C．光学镜头上的增透膜是利用光的偏振 D．激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息 4.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所某科研团队通过飞秒（）激光技术实现了金属表面超疏水稳定性能的提高，同时显著提升了金属表面防腐能力。超疏水是自然界中常见的一种现象。荷叶能“出淤泥而不染”就与植物表面的超疏水性有关。已知真空中光的传播速度，下列说法正确的是（　　） A．真空中，激光在1fs内传播的距离为 B．只要振荡电路的频率足够高，就能产生激光 C．金属表面的超疏水性是因为金属对水是浸润的 D．水滴到荷叶表面迅速形成水珠，此时水珠表面水分子间距比水珠内部水分子间距更小 5.阿秒激光器能产生阿秒（）数量级的激光脉冲信号，可用于探测原子内绕核运动电子的动态行为。周期为1阿秒的激光脉冲信号的长度最接近于（　　） A． B． C． D． 6.（多选）关于光的性质与应用，下列说法正确的是（　　） A．观众在看立体电影时要戴上特制的眼镜，这是应用了光的偏振 B．内窥镜利用了多普勒效应 C．全息照片的拍摄利用了光的干涉原理 D．照相机镜头上呈现的淡紫色是由光的反射现象引起的 基础通关 1.激光防伪技术是利用光的（　　） A．干涉 B．衍射 C．散射 D．反射 故选A。 2.下列说法正确的是（　　） A．激光是自然光被放大而产生的 B．激光是原子受激辐射而得到的加强光 C．激光的能量一定大于其他光的能量 D．激光的传播速度比普通光的大 3.（多选）下列说法正确的是（    ） A．全息照片的拍摄利用了光的干涉原理 B．利用自然光也可以拍摄全息照片 C．全息照相过程中，只有一部分光照射到底片上 D．全息照相过程中，有两部分光照射到底片上 4.下列关于激光特性的应用，下列说法不正确的是（　　） A．激光来读取光盘信息，是利用了激光的平行性好 B．利用激光来进行精确的测距，是利用了激光的平行性好 C．光纤通信利用激光被调制传递信息，是利用了激光的方向性好 D．医学上用激光做“光刀”切除肿瘤，是利用了激光的能量高的特点 5.我国近期在真空紫外激光（属于紫外线）、6G光通信、ABF晶体等领域连续取得世界级突破。下列说法正确的是（     ） A．真空紫外激光频率比可见光频率低 B．光的偏振现象说明光是纵波，激光的高方向性是偏振造成的 C．光纤通信利用光的折射进行信号传输，光纤内芯折射率小于外套折射率 D．若ABF晶体对某光的折射率为1.6，则该光由该晶体射向真空时发生全反射的临界角小于45° 6.激光雷达是集“激光”“全球定位系统”和“惯性导航系统”三种技术于一身的系统，它是无人驾驶和低空经济快速发展的基石。下列关于激光和雷达等的说法错误的是（　　） A．科学家利用激光技术测量月球与地球间的距离，误差精确到厘米级，这里用到了激光平行度好的特性 B．在双缝干涉实验中，只将入射光由绿光变为红光，两相邻亮条纹的中心间距会变窄 C．激光雷达信号从空气射入折射率为的液体，速度大小变为原来的 D．光纤通信是利用激光在光纤中全反射来实现远距离信号传输的 7.下列关于多普勒效应和激光的特性描述，正确的是（　　） A．医院检查身体的“彩超”仪利用了超声波的多普勒效应 B．主动降噪技术应用的是声波的多普勒效应 C．激光的相干性好，所以医学上用激光“刀”做切除肿瘤等外科手术 D．激光可以用来精确的测距，这是利用了激光的亮度高这个特点 8.在塑料瓶的侧面开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。让激光透过瓶子水平射向小孔，如图所示，激光将沿着水流传播，下列说法正确的是（　　） A．激光束发生弯曲是因为激光在水流与空气的分界面发生了折射 B．激光在水中的传播速度大于其在空气中的传播速度 C．瓶中液体折射率越大，激光越容易沿水流传播 D．激光器距瓶越近，激光越容易沿水流传播 9.近日，一段“电力局用激光炮修剪树枝”的视频在网络走红，图中机器名为便携式激光清障仪，上方的树枝经过激光照射后断裂。下列关于激光说法不正确的是（　　） A．激光是频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波 B．激光修剪树枝是利用激光亮度高、能量大的特点 C．激光测距利用了激光相干性好的特点 D．光纤通信是利用了激光能被调制，可以用来传递信息的特点 10.人类利用激光干涉法探测到13亿年前黑洞合并发出的传到地球的引力波，证实了爱因斯坦100多年前在广义相对论中有关引力波的预言。如图1所示，引力波是一种时空涟漪，其发现的意义就像一个失聪的人突然拥有了听觉，从此获得感知世界的新能力。以下说法错误的是（　　） A．人类可以从引力波中获得13亿年前的信息 B．具有质量的物体能产生引力波 C．干涉是波特有的性质，所以激光也是一种波 D．引力波的传播需要空气作为介质 11.（多选）激光被誉为“神奇的光”，关于激光的应用，下列说法中正确的是（　　） A．激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量能集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度 B．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，使其在光导纤维中传递信息 C．用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响 D．医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点 12.（多选）我国的新能源汽车智能技术日臻完美，各类车载雷达能在“感知”到可能的危险时，通过汽车智能组件的快速运算并采取应对措施，大大提高了汽车的安全性，有关车载雷达系统同时发出的激光和超声波信号，下列说法正确的是（　　） A．激光是横波，超声波是纵波 B．激光是纵波，超声波是横波 C．激光与超声波都能在真空中传播 D．激光能在真空中传播，超声波必须在介质中才能传播 13.（多选）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．平行性 C．亮度高 D．粒子性 素养提升 14.图甲为高青县陈庄·唐口遗址的祭姜太公铜觥全息投影，其拍摄过程的基本原理如图乙所示。激光经分束镜被分成两部分：一部分经平面镜反射、扩束镜发散后射到胶片上；另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另一个扩束镜发散后射向被拍摄的文物，文物把光反射到胶片上，并与第一束光相遇，两束光就在胶片上记录下文物的全息照片。则（     ） A．文物全息拍摄主要利用光的偏振现象 B．文物全息拍摄主要利用光的折射现象 C．文物全息拍摄主要是利用激光的相干性好的特点 D．改用白炽灯发出的自然光也能清晰完成文物的全息拍摄 15.如图所示，用红色激光对准球状水滴照射，背面放上一副白屏，就可以获得水中微生物的衍射图样，对此，下列说法正确的是（　　） A．激光是一种横波，传播时需要介质 B．激光进入水滴后波长不会发生变化 C．微生物的大小接近激光波长时，衍射现象明显 D．换绿色激光照射水滴，一定不能得到微生物的衍射图样 16.2023年诺贝尔物理学奖授予了“产生阿秒光脉冲的实验方法”。阿秒（as）是一个极短的时间单位，。阿秒光脉冲是一种发光持续时间在as量级的光脉冲，它相当于一个足够快的“快门”，帮助人们“拍摄”高速运动的电子，从而“打开电子世界的大门”。产生阿秒光脉冲的模型是：用强激光照射某些气体，由于激光的电场是交变电场，该电场的电场强度和原子内部的库仑场的强度相当时，电子就可能“电离”成为自由电子；电离后的自由电子在激光电场作用下“加速”；当激光的电场反向后，一些电子就有可能飞到被电离的原子附近并与其“复合”回到基态，同时释放出一个高能光子，其频率为入射强激光频率的整数倍，称为高次谐波光子。在适当的条件下，大量原子辐射出高次谐波叠加形成脉冲宽度为阿秒量级的光脉冲。根据上述信息并结合已有的知识，判断下列说法正确的是（　　） A．在1阿秒的时间内，光前进的距离约为0.3mm B．电子复合时释放的光子能量等于电子在激光场中加速时获得的能量 C．电子的“电离”“加速”和“复合”将周期性地发生，时间间隔与激光电场的周期有关 D．强激光光子能量是高次谐波光子能量的整数倍 迁移创新 17.激光由于其单色性好、亮度高、方向性好等特点，在科技前沿的许多领域有着广泛的应用。按照近代光的粒子说，光由光子组成，光子可以简单地理解为具有动量和能量的微粒。激光冷却和原子捕获技术在科学上意义重大。 2022年11月22日，由中国科学院精密测量院研制的空间冷原子干涉仪成功抵达中国空间站，进行相关科学探索。冷原子干涉仪核心技术之一是激光冷却技术，其原理是利用激光产生的阻力使原子降速从而降低原子温度。根据多普勒效应，当原子迎着光束的方向运动时，其接收到的光的频率会升高，当原子接收到的光的频率等于该原子的固有频率时，原子吸收光子的概率最大。如图所示，现有某原子以速度沿x轴正方向运动，两束完全相同的激光，沿x轴从相反的方向对该原子进行照射。结合所学知识，下列说法正确的是（　　） A．若原子吸收了激光束A中的光子，其速度将减小 B．为使原子减速，所用激光的频率应小于原子的固有频率 C．激光频率一定时，原子质量越大，激光制冷的效果越好 D．激光制冷技术只能使特定速率的原子减速，而其余原子的速率保持不变 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $