人教版高中物理选修3-4同步练习：13-8激光.docx

高中物理学习材料
基础夯实
1．下列说法正确的是( )
A．两支铅笔靠在一起，自然光从笔缝中通过后就成了偏振光
B．偏振光可以是横波，也可以是纵波
C．因为激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象
D．激光可以像刀子一样切除肿瘤
答案：D
解析：两支普通铅笔靠在一起，中间的缝远远地大于光的波长，因此，光从中间通过时不会成为偏振光；光是横波，偏振光也是横波；激光也是光，因此激光就具有光波的特性，能够发生衍射现象；激光有很多用途，其中可用来做手术，切除肿瘤。

2．(2010·河北衡水中学高二检测)以下关于光的有关说法中正确的是( )
A．光导纤维是应用了光的全反射现象，无影灯主要是应用了光
的衍射
B．天空中出现的彩虹是因为光的折射形成色散现象
C．激光是自然界普遍存在的相干光，平行度非常好，亮度非常高
D．照相机镜头在阳光下看上去呈淡紫色，是光的干涉现象
答案：BD
3．将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的( ) A．单色性好B．平行度好
C．粒子性D．高能量
答案：BD
解析：激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官。

4．下列应用激光的事例中错误的是( )
A．利用激光进行长距离精确测量
B．利用激光进行通信
C．利用激光进行室内照明
D．利用激光加工坚硬材料
答案：C
解析：激光单向性好，不利于室内照明，并且大功率的激光要靠专门的激光器产生，成本太高，且由于激光的能量集中，会对人体产生伤害，因此选项C所述激光的应用是错误的。

5．激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，c表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是( )
A．该光在真空中的波长为nλ
B．该光在真空中的波长为λn
C．该光的频率为c λ
D．该光的频率为
c nλ
答案：AD
解析：注意光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，对激光也是一样，由于速度变化，波长会相应变化，同一频率的光在真空中的波长大于在介质中的波长。

6．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，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，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( ) A．单色性好B．平行度好
C．高能量D．相干性好
答案：BC
解析：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，这样可以给火箭提供高能量。

7．(物理与科技)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2.56s，则月球到地球的距离大约是多少千米？
答案：3.84×105km
解析：真空中光速c＝3.0×108m/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2.56s，则月球到地球
的距离大约为：L＝1
2
ct＝
1
2
×3.0×108×2.56m＝3.84×105km。

8．一台激光器，它的功率为P，如果它发射出的单色光在空气中的波长为λ，则这束单色光的频率是多少？它在时间t内辐射的光能为多少？如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v，那么这束单色光从该介质射向真空发生全反射的临界角为多少？
答案：c
λ
Pt arcsin
v
c
解析：根据c＝λf可得这束单色光的频率f＝c/λ；激光器在时间t内所做的功W＝Pt转化为光能；这束单色光对介质的折射率n ＝c/v，设它从该介质射向真空发生全反射的临界角为C，则sin C＝1/n＝v/c，所以C＝arcsin(v/c)。

这道题虽以激光为命题背景，但解题的根据仍然是前面所学的光学规律。

能力提升
1．2001年国家最高科技奖授予了中科院院士王选，表彰他在激光排版上的重大科技贡献。

已知某种排版系统中所用的激光频率为4×1014Hz，则该激光的波长为( )
A．0.25μm B．0.5μm
C．0.75μm D．1μm
答案：C
解析：根据c＝λf可解得，λ＝0.75×106m＝0.75μm。

2．2003年3月1日，美军空投传单，向伊军宣传说，美军利用
卫星可以将地面情况看得一清二楚，而伊方称，已在首都布满了对空机关炮(《华盛顿邮报》3月2日报道)。

试问：在战争爆发时，伊方欲用激光器击毁位于地平线上方的空间站，则应将激光器( ) A．瞄高些
B．瞄低些
C．沿视线直接瞄准
D．若激光束是红色，而空间站是蓝的，则应瞄高些
答案：C
解析：空间站反射太阳光射向地球，在大气层折射，而激光器发出的光束通过大气层射向空间站也要发生折射，根据光路的可逆性，两者光路相同，因此A、B错，C对，D选项中空间站是蓝色的，反射光也是蓝色的，比红色激光束折射率大，由折射定律知应瞄低些，才能射中，故D错。

3．原子发生受激辐射时，发出的光的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，形成激光。

激光测距仪——激光雷达(发出极短时间的激光脉冲)用来测量距离可以达到很高的精度，同时它还能测定被测目标的方位、运动速度和轨道，甚至能描述目标的形状，进行识别和自动跟踪。

(1)说明激光的主要特点；
(2)1969年7月，美国“阿波罗”宇宙飞船在登月科考活动中，在月球上安放了一台激光反射器，这台反射器成功地解决了用激光测量月地间距离的问题。

请分析这台激光反射器用什么光学仪器好；
(3)在光的干涉实验中，为什么使用激光产生的干涉现象最清晰？
(4)激光束可切割物质，焊接金属以及在硬质难溶物体上打孔，
是利用了激光的什么性质？
答案：(1)高亮度，单色性好，方向性好，相干性好，平行度好
(2)全反射棱镜
(3)激光具有单色性好，易得到稳定的相干光源
(4)高能量，且方向性好
4．一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光为一个(列)光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10－11s，波长为694.3nm，发射功率为1.0×1010W，求：
(1)每列光脉冲的长度是多少？
(2)用这种红宝石激光器照射皮肤上的色斑，每平方厘米色斑吸收能量达到60J以后，色斑便逐渐消失，一块色斑的面积为50mm2，则它要吸收多少个(列)红宝石激光脉冲才能逐渐消失？
答案：(1)3.0×10－3m (2)300个
解析：(1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间，所以一个光脉冲长度Δl＝c·Δt＝3×108×1.0×10－11m＝3.0×10－3m
(2)面积为1cm2色斑吸收的能量E＝60J，色斑便逐渐消失。

而1个光脉冲的能量为ΔE＝P·Δt＝1.0×1010×1.0×10－11J＝0.1J 消除50mm2的色斑需要光脉冲数为
n＝
ES1
SΔE
＝
60×50
100×0.1
＝300(个)
5．由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为高速传输信息的载体。

要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多少？
答案：n＝ 2
解析：设激光束在光导纤维前端的入射角为θ1，折射角为θ2，
折射光线射向侧面时的入射角为θ3，如图所示。

由折射定律n＝sinθ1 sinθ2
由几何关系θ2＋θ3＝90°，则sinθ2＝cosθ3
由全反射临界角公式sinθ3＝1 n
故cosθ3＝1－1
n2
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有θ1＝90°，sinθ1＝1
故n＝sinθ1
sinθ2
＝
sinθ1
cosθ3
＝
1
1－
1
n2
＝
n
n2－1
解得n＝ 2。