5.5 激光与全息照相（重难点专练）物理鲁科版选择性必修第一册

**基本信息** 以激光特性-应用-全息照相原理为逻辑主线，通过题型分类整合知识方法，强化物理观念与科学思维 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |激光及其特性|7题/特性辨析|归纳激光产生原理及单色性、方向性等特性|从产生原理到特性提炼| |激光的应用|7题/应用匹配|建立特性与应用对应关系（相干性-干涉/通信等）|从特性推导具体应用场景| |全息照相|3题/原理应用|阐释全息照相的光的干涉原理|基于激光相干性的原理应用|

第5节 激光与全息照相（题型突破） 题型01 激光及其特性 题型02 激光的应用 题型03 全息照相 ▌题型01 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。 1.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 2.（多选）下列有关激光的说法正确的是（　　） A．激光可用来传递信息 B．激光的平行度不够好 C．物理学家梅曼率先在实验室制造出了激光 D．激光需要介质传播 3.下列说法正确的是（　　） A．电子邮箱xiaowang@server。com。cn中“cn”表示这个服务器是在中国注册的 B．激光频率单一、亮度高、平行度好、速度慢，常用于光纤通信 C．三颗同步通信卫星可以覆盖全部地球表面，实现全球通信 D．射频信号的频率比音频高，比视频低 4.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 5.如图所示，一束激光照射在单缝上，在缝后屏上得到明暗相间的条纹，下列说法中正确的是（    ） A．用激光作为光源主要是利用激光亮度高的特性 B．光屏上得到的是等间距的条纹 C．换用更窄的单缝，条纹变宽 D．换用频率更大的激光照射单缝，条纹变宽 6.如果激光直接照射人的眼睛，聚于感光细胞时引起的蛋白质凝固变性是不可逆的损伤，会造成眼睛的永久失明，激光对人眼的危害如此之大的原因是（　　） A．单色性好 B．高能量 C．相干性好 D．平行度好 7.无人驾驶汽车上安装的车载雷达系统可以发出激光和超声波信号，其中（　　） A．激光是横波 B．超声波是横波 C．激光是机械波 D．超声波是电磁波 ▌题型02 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”。 1.（多选）关于激光的应用问题，下列说法正确的是（　　） A．用激光实现热核反应 B．激光测距雷达利用了激光相干度好的特点 C．医学上可以用激光做“光刀”是由于激光亮度高 D．用激光读取DVD光盘上的信息利用了激光有平行性好的特点 2.激光打标机是利用激光对工件进行局部照射，使工件表面材料瞬间熔融甚至汽化留下标记的机器。激光打标利用了激光的下列哪种特性（　　） A．亮度高 B．偏振 C．平行度好 D．相干性好 3.一张光盘可以记录几亿个字节，其信息量相当于几千本十多万字的书，其中一个重要的原因就是光盘上记录信息的轨道可以做得很密，1mm的宽度至少可以容纳650条轨道。这是应用了激光的什么特性（　　） A．平行度好，汇聚点小 B．颜色单一 C．容易发生衍射 D．可以发生偏振现象 4.2023年诺贝尔物理学奖颁发给“研究物质中的电子动力学，而产生阿秒激光的实验方法”做出贡献的三位科学家。下列激光的特性及其应用，正确的是（　　） A．实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光频率单一，相干性好 B．医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的平行度好 C．激光束很容易给坚硬的材料上打孔，是利用激光的相干性好 D．激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光的速度大 5.激光是20世纪60年代发明的一种新型光源，它有很多特点，其中之一是光束截面上光强分布不均匀，中心强，向外依次减弱，也可以这样理解：如图甲中的一束激光，经焦点F会聚后向下照射，光线①由单个光子hv构成，光线②由双光子2hv构成，光线③由三光子3hv构成，能量最大。如图乙所示，一透明微粒处于向下照射的激光束中，微粒中心O位于激光束中心轴MN左侧，激光束穿过微粒时发生了折射（图中只画出两条光线，且强度②>①），微粒的折射率大于周围介质的折射率，不考虑光的反射和吸收。入射光束由光子组成，光子在与微粒作用时速度方向发生了改变，说明微粒对光子施加了作用力。下列说法正确的是（　　） A．光线①对微粒的作用力方向为向右偏上 B．光线②对微粒的作用力方向为向左偏上 C．光线①和光线②对微粒的作用力大小相等 D．光线①和光线②对微粒作用力的合力会将微粒推向光束中心 6.通过“啁啾激光脉冲放大技术（CPA）”可以获得超强超短激光，为开展极端物理条件下物质结构、运动和相互作用等研究提供了科学基础。超强超短激光经聚焦后最高光强可以达到1022 W/cm2～1023 W/cm2，是已知的最亮光源。已知太阳辐射的总功率约为4×1026W。如图所示，啁啾激光脉冲放大技术原理可以简化为：利用色散将脉冲时长为飞秒（10-15s）级激光脉冲通过展宽器在时间上进行展宽；展宽后的脉冲经过激光增益介质放大，充分提取激光介质的储能；最后使用压缩器将脉冲宽度压缩至接近最初的脉宽值。根据以上信息，下列说法错误的是（　　） A．激光脉冲通过展宽器在时间上进行展宽，其频率不变 B．利用CPA技术获得的超短超强激光脉冲可用于眼部手术，用激光做“光刀”是利用激光平行度好的特点。 C．超强超短激光经聚焦后最高光强相当于将单位时间内太阳辐射总能量聚焦到一张书桌上 D．通过“啁啾激光脉冲放大技术”获得的激光与输入激光能量几乎相同 7.（多选）光纤是在日常生活中广泛应用的技术。我们将激光信号通入光纤中，通过全反射传递信息。激光相比于普通光最大的优势在于它的相干性好，因此我们可以进行调制。关于激光和光导纤维的说法正确的是（　　） A．光导纤维内芯折射率大于外层折射率 B．一束光导纤维同时刻只能传输某一个频率的光信号 C．使用普通的自然光也可以进行调制 D．调制激光信号就是按照要求改变激光的频率、振幅、相位和偏振 ▌题型03 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。 1.时下广受欢迎的虚拟歌手——初音未来，实际上应用了全息投影技术与大家进行真实般互动，而这项技术的重中之重就是全息照相技术，其基本原理如图所示。这一技术是利用了光的（　　） A．色散现象 B．衍射现象 C．折射现象 D．干涉现象 2.虚拟歌手——洛天依采用了全息投影技术，而这项技术的重中之重就是全息照相技术，其基本原理如图所示。这一技术是利用了光的（　　） A．偏振现象 B．衍射现象 C．折射现象 D．干涉现象 3.（多选）小明制作一个远距离光传音装置，结构如图所示，用互感器以及激光头组成的电路对音乐信号进行调制，使得激光亮度随音乐发生变化，在远处的接收电路中，被激光照射的敏感元件的电阻值会随激光亮度变化而变化，从而使得定值电阻两端电压发生相应的变化，再用扩音器把电信号转化成音乐，下列相关说法正确的是（　　） A．敏感元件可以是光敏电阻 B．激光频率会随音乐的变化而变化 C．流经激光头的电流强度随音乐的变化而变化 D．传音距离“远”是利用了激光的平行度好、亮度高的特点 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第5节 激光与全息照相（题型突破） 题型01 激光及其特性 题型02 激光的应用 题型03 全息照相 ▌题型01 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。 1.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。 2.（多选）下列有关激光的说法正确的是（　　） A．激光可用来传递信息 B．激光的平行度不够好 C．物理学家梅曼率先在实验室制造出了激光 D．激光需要介质传播 【答案】AC 【详解】A．激光可用来传递信息，A正确；B．激光的平行度非常好，B错误；C．物理学家梅曼率先在实验室制造出了激光，C正确；D．激光不需要介质传播，D错误。故选AC。 3.下列说法正确的是（　　） A．电子邮箱xiaowang@server。com。cn中“cn”表示这个服务器是在中国注册的 B．激光频率单一、亮度高、平行度好、速度慢，常用于光纤通信 C．三颗同步通信卫星可以覆盖全部地球表面，实现全球通信 D．射频信号的频率比音频高，比视频低 【答案】A 【详解】A．电子邮箱中“cn”表示这个服务器是在中国注册的，故A正确；B．激光频率单一，激光方向集中，也就是平行度好，应用于雷达测距离及跟踪，激光平行度好，可以会聚到很小的一点，激光亮度高，能量大，应用是：用强激光破坏敌人的飞行器，故B错误；C．要想实现全球通信，可以用通信卫星做微波通信的中继站，并在地球周围均匀地配置3颗地球同步通信卫星，故C错误；D． 射频无线电发射机通过天线能有效地发射至空间的电磁波的频率统称为射频，若频率太低，发射的有效性很低，故习惯上所称的射频系指100千赫（KHz）以上的频率，射频信号的频率比音频和视频都高，故D错误。故选A。 4.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。 5.如图所示，一束激光照射在单缝上，在缝后屏上得到明暗相间的条纹，下列说法中正确的是（    ） A．用激光作为光源主要是利用激光亮度高的特性 B．光屏上得到的是等间距的条纹 C．换用更窄的单缝，条纹变宽 D．换用频率更大的激光照射单缝，条纹变宽 【答案】C 【详解】A．用激光作为光源主要是利用激光相干性好的特性，故A错误；B．光通过单缝时发生了衍射，光屏上得到的是中间宽、两侧窄的明暗相间的条纹，故B错误；C．当孔径或障碍物的尺寸小于波长或与波长相差不大时衍射现象更明显，因此当单缝变窄时，条纹将变宽，故C正确；D．换用频率更大的激光照射单缝，波长更短，条纹变窄，故D错误。故选C。 6.如果激光直接照射人的眼睛，聚于感光细胞时引起的蛋白质凝固变性是不可逆的损伤，会造成眼睛的永久失明，激光对人眼的危害如此之大的原因是（　　） A．单色性好 B．高能量 C．相干性好 D．平行度好 【答案】B 【详解】激光对人眼的危害如此之大的原因是由于能量高。故选B。 7.无人驾驶汽车上安装的车载雷达系统可以发出激光和超声波信号，其中（　　） A．激光是横波 B．超声波是横波 C．激光是机械波 D．超声波是电磁波 【答案】A 【详解】AC．激光属于电磁波，电磁波都是横波，故A正确，C错误；BD．超声波是频率大于20000Hz的声波，声波属于机械波，可以是横波，也可以是纵波，故BD错误；故选A。 ▌题型02 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”。 1.（多选）关于激光的应用问题，下列说法正确的是（　　） A．用激光实现热核反应 B．激光测距雷达利用了激光相干度好的特点 C．医学上可以用激光做“光刀”是由于激光亮度高 D．用激光读取DVD光盘上的信息利用了激光有平行性好的特点 【答案】ACD 【详解】A．利于高功率激光实现热核反应，故A正确；BD．激光测距雷达和用激光读取DVD光盘上的信息均利用了激光有平行性好的特点，故B错误，D正确；C．医学上可以用激光做“光刀”是由于激光亮度高，故C正确。故选ACD。 2.激光打标机是利用激光对工件进行局部照射，使工件表面材料瞬间熔融甚至汽化留下标记的机器。激光打标利用了激光的下列哪种特性（　　） A．亮度高 B．偏振 C．平行度好 D．相干性好 【答案】A 【详解】激光的亮度高。它的能量高度集中，能在极小区域内产生极高的温度，激光切割、激光雕刻、激光武器、激光诱导击穿光谱等都是利用了它高亮度的特性。激光直接照在加工件上，使材料的温度瞬间增加至极高。这样的高温会使得激光照射点处极小范围内的材料瞬间熔化甚至汽化，这样便能在加工件留下标记。故A正确，BCD错误。故选A。 3.一张光盘可以记录几亿个字节，其信息量相当于几千本十多万字的书，其中一个重要的原因就是光盘上记录信息的轨道可以做得很密，1mm的宽度至少可以容纳650条轨道。这是应用了激光的什么特性（　　） A．平行度好，汇聚点小 B．颜色单一 C．容易发生衍射 D．可以发生偏振现象 【答案】A 【详解】激光的一个特点是平行度非常好，由于平行度好，激光可以会聚到很小的一点，让这一点照射到计算机的光盘上，就可以读出光盘上记录的信息。由于会聚点很小，所以光盘记录信息的密度很高，1mm的宽度至少可以容纳650条轨道。故选A。 4.2023年诺贝尔物理学奖颁发给“研究物质中的电子动力学，而产生阿秒激光的实验方法”做出贡献的三位科学家。下列激光的特性及其应用，正确的是（　　） A．实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光频率单一，相干性好 B．医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的平行度好 C．激光束很容易给坚硬的材料上打孔，是利用激光的相干性好 D．激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光的速度大 【答案】A 【详解】A．实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光频率单一，相干性好，故A正确； B．医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光亮度高，强度大，能量集中的特点，故B错误； C．激光束很容易给坚硬的材料上打孔，是利用激光亮度高，强度大，能量集中的特点，故C错误； D．激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光的平行度好，故D错误。 故选A。 5.激光是20世纪60年代发明的一种新型光源，它有很多特点，其中之一是光束截面上光强分布不均匀，中心强，向外依次减弱，也可以这样理解：如图甲中的一束激光，经焦点F会聚后向下照射，光线①由单个光子hv构成，光线②由双光子2hv构成，光线③由三光子3hv构成，能量最大。如图乙所示，一透明微粒处于向下照射的激光束中，微粒中心O位于激光束中心轴MN左侧，激光束穿过微粒时发生了折射（图中只画出两条光线，且强度②>①），微粒的折射率大于周围介质的折射率，不考虑光的反射和吸收。入射光束由光子组成，光子在与微粒作用时速度方向发生了改变，说明微粒对光子施加了作用力。下列说法正确的是（　　） A．光线①对微粒的作用力方向为向右偏上 B．光线②对微粒的作用力方向为向左偏上 C．光线①和光线②对微粒的作用力大小相等 D．光线①和光线②对微粒作用力的合力会将微粒推向光束中心 【答案】D 【详解】A．光线①对微粒的作用力方向为向右偏下，A错误；B．光线②对微粒的作用力方向为向左偏下，B错误；C．光线①和光线②的能量不等，则对微拉的作用力大小不等，C错误；D．虽然图中只画出两条光线，但实际上光束中心左侧的光线会多于光束中心右侧的光线，光线①和光线②对微粒作用力的合力会将微粒推向光束中心，D正确。故选D。 6.通过“啁啾激光脉冲放大技术（CPA）”可以获得超强超短激光，为开展极端物理条件下物质结构、运动和相互作用等研究提供了科学基础。超强超短激光经聚焦后最高光强可以达到1022 W/cm2～1023 W/cm2，是已知的最亮光源。已知太阳辐射的总功率约为4×1026W。如图所示，啁啾激光脉冲放大技术原理可以简化为：利用色散将脉冲时长为飞秒（10-15s）级激光脉冲通过展宽器在时间上进行展宽；展宽后的脉冲经过激光增益介质放大，充分提取激光介质的储能；最后使用压缩器将脉冲宽度压缩至接近最初的脉宽值。根据以上信息，下列说法错误的是（　　） A．激光脉冲通过展宽器在时间上进行展宽，其频率不变 B．利用CPA技术获得的超短超强激光脉冲可用于眼部手术，用激光做“光刀”是利用激光平行度好的特点。 C．超强超短激光经聚焦后最高光强相当于将单位时间内太阳辐射总能量聚焦到一张书桌上 D．通过“啁啾激光脉冲放大技术”获得的激光与输入激光能量几乎相同 【答案】D 【详解】A．激光脉冲通过展宽器改变的是传播速度，而不改变频率；A正确；B．利用CPA技术获得的超短超强激光脉冲可用于眼部手术，用激光做“光刀”是利用激光平行度好的特点。B正确；C．书桌的面积大致为60cm×60cm，因此太阳辐射总能量聚焦到一张书桌上的广强相当于，C正确D．通过“展宽后的脉冲经过激光增益介质放大，充分提取激光介质的储能；最后使用压缩器将脉冲宽度压缩至接近最初的脉宽值”可知，通过“啁啾激光脉冲放大技术”获得的激光的能量要大于输入激光能量。D错误。故选D。 7.（多选）光纤是在日常生活中广泛应用的技术。我们将激光信号通入光纤中，通过全反射传递信息。激光相比于普通光最大的优势在于它的相干性好，因此我们可以进行调制。关于激光和光导纤维的说法正确的是（　　） A．光导纤维内芯折射率大于外层折射率 B．一束光导纤维同时刻只能传输某一个频率的光信号 C．使用普通的自然光也可以进行调制 D．调制激光信号就是按照要求改变激光的频率、振幅、相位和偏振 【答案】AD 【详解】A.根据全反射的条件可知，光导纤维内芯折射率大于外层折射率，故A正确；B.一束光导纤维同时刻能传输不同频率的光信号，故B错误；C.自然光中各种频率的光都有，不可以进行调制，故C错误；D.调制激光信号就是按照要求改变激光的频率、振幅、相位和偏振，故D正确。故选AD。 ▌题型03 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。 1.时下广受欢迎的虚拟歌手——初音未来，实际上应用了全息投影技术与大家进行真实般互动，而这项技术的重中之重就是全息照相技术，其基本原理如图所示。这一技术是利用了光的（　　） A．色散现象 B．衍射现象 C．折射现象 D．干涉现象 【答案】D 【详解】全息照相技术的基本原理是被摄物体在激光辐照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，和物光束叠加产生干涉，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，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来，即利用了光的干涉现象。故D正确。 故选D。 2.虚拟歌手——洛天依采用了全息投影技术，而这项技术的重中之重就是全息照相技术，其基本原理如图所示。这一技术是利用了光的（　　） A．偏振现象 B．衍射现象 C．折射现象 D．干涉现象 【答案】D 【详解】全息照相技术的基本原理是被摄物体在激光辐照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，和物光束叠加产生干涉，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，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来，即利用了光的干涉现象。选选D。 3.（多选）小明制作一个远距离光传音装置，结构如图所示，用互感器以及激光头组成的电路对音乐信号进行调制，使得激光亮度随音乐发生变化，在远处的接收电路中，被激光照射的敏感元件的电阻值会随激光亮度变化而变化，从而使得定值电阻两端电压发生相应的变化，再用扩音器把电信号转化成音乐，下列相关说法正确的是（　　） A．敏感元件可以是光敏电阻 B．激光频率会随音乐的变化而变化 C．流经激光头的电流强度随音乐的变化而变化 D．传音距离“远”是利用了激光的平行度好、亮度高的特点 【答案】ACD 【详解】A．因被激光照射的敏感元件的电阻值会随激光亮度变化而变化，则敏感元件可以是光敏电阻，选项A正确；B．激光亮度随音乐发生变化，但是激光频率不随音乐的变化而变化，选项B错误；C．随音乐的变化，互感器上的电流发生变化，则流经激光头的电流强度随音乐的变化而变化，选项C正确；D．传音距离“远”是利用了激光的平行度好、亮度高的特点，选项D正确。故选ACD。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $