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高中物理人教版 (新课标)选修38 激光单元测试课后作业题
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这是一份高中物理人教版 (新课标)选修38 激光单元测试课后作业题，共6页。试卷主要包含了下列说法正确的是，下列说法中正确的是，相干性，平行度等内容，欢迎下载使用。
A．激光可用于测距
B．激光能量十分集中，只可用于加工金属材料
C．外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
D．激光可用于全息照相，有独特的特点
解析：激光不仅可加工金属材料，也可以加工非金属材料，所以选项B不正确。
答案：A、C、D
2．下列关于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
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。
答案：C
3．一激光发光功率为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λ/n
C．该光的频率为c/λ
D．该光的频率为c/nλ
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。由于速度变化的原因，波长会相应变化。对同一频率的光，它在真空中的波长应大于在介质中的波长。
答案：A、D
4．下列说法中正确的是( )
A．强激光产生的高压引起原子的聚变
B．激光不能像无线电波那样用来传递信息
C．VCD、CD机是用激光来读取信息的
D．医学上激光“光刀”用来切开皮肤，是利用激光的高能特性
解析：根据激光的特点和应用可知，A、C、D正确；激光在光导纤维中利用时，不仅可以传递信息，而且可以使信息量大增，故B项错误。
答案：A、C、D
5．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
解析：两支铅笔靠在一起，中间的缝远远地大于光的波长，因此，光从中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，所以D正确。
答案：D
6．一束激光通过一棱镜，如图所示光路图中可能正确的是( )
解析：激光是一种单色性非常好的光，故经过三棱镜后不可能分开，A、C项正确。
答案：A、C
7．用准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光，可用于进行近视眼的治疗。用这样的激光刀对近视眼进行手术，手术时间短，效果好、无痛苦。关于这个治疗，以下说法中正确的是( )
A．近视眼是物体在眼球中成像的视网膜的前面，使人不能看清物体
B．激光具有很好的方向性，可以在非常小的面积上对眼睛进行手术
C．激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复
D．激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削
解析：激光手术是物理技术用于临床医学的最新成果。人的眼睛是一个光学成像系统，角膜和晶状体相当于一个凸透镜，物体通过凸透镜成像在视网膜上，人就能看清楚物体。当角膜和晶体组成的这个凸透镜的焦距比较小，物体成像在视网膜的前面时，人就不能看清物体，这就是近视眼。激光手术不是修复视网膜，而是对角膜进行切削，改变角膜的形状，使眼球中的凸透镜的焦距适当变大，物体经过角膜和晶状体后成像在视网膜上。
答案：A、B、D
8．下列说法正确的是( )
A．如果地球表面没有大气层，太阳照亮地球的范围要比有大气层时略大些
B．激光是一种人工产生的相干光，因此可对它进行调制，用来传递信息
C．激光测距雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度，从而对目标进行跟踪
D．从本质上说激光是横波
解析：如果地球表面没有大气层，太阳照亮地球的范围要比有大气层时略小些，A错误；激光是一种人工产生的相干光，因此可对它进行调制来传递信息，B正确；激光雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度，从而对目标进行跟踪，C正确；激光是横波，D正确。
答案：B、C、D
9．(1)相干性：只有________相同、________恒定、________一致的光才是相干光，激光是一种人工产生的________光。
(2)应用激光来传递________，光纤通信就是________和________相结合的产物。电磁波的________越高，它所携带的________越大，所以激光可以比无线电波传递更多的信息。
答案：(1)频率 相位差 偏振 相干 (2)信息 激光 光导纤维 频率 信息量
10．(1)平行度：激光的________非常好，所以它在传播很远的距离后仍能保持一定的________。
(2)应用激光进行精确的________，多用途的激光雷达不仅可以测量距离，而且能根据________测出目标的运动速度。
答案：(1)平行度 强度 (2)测距 多普勒效应
11．如图21－1所示为玻璃厚度检测仪的原理简图，其原理是：固定一束激光AO以不变的入射角θ1照到MN表面，折射后从PQ表面射出，折射光线最后照到光电管C上，光电管将光信号转变为电信号，依据激光束在C上移动的距离，可以确定玻璃厚度的变化。设θ1＝45°，玻璃对该光的折射率为eq \r(2)，C上的光斑向左移动了Δs，则可确定玻璃的厚度比原来变________(填“厚”或“薄”)了________。
图21－1
解析：光经过平行玻璃砖传播方向不变，只发生侧移，光斑向左移，可见玻璃变厚。由sinθ1sinθ2＝n，得θ2＝30°。设变厚了d，
则dtan45°－dtan30°＝Δs，所以d＝eq \f(3＋\r(3),2)Δs。
答案：厚 eq \f(3＋\r(3),2)Δs
12．激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光AO以入射角θ照射到液面上，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光电管将光信号转变成电信号，如图21－2所示。如发现光点在屏上向右移动了Δs的距离到达B′点，则液面是升高了还是降低了？变化了多少？
图21－2
解析：变化前后光路如图所示，由图知光点右移时液面下降，由几何知识知：ODB′B为平行四边形，△OCD为等腰三角形，CE为其高，在△OCD中可解得：△x＝eq \f(Δs,2)ctθ。
答案：降低 eq \f(Δs,2)ctθ
13．一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10－11 s，波长为694.3 nm，发射功率为1.0×1010 W。
(1)每列光脉冲的长度是多少？
(2)用红宝石激光照射皮肤色斑，每1 cm2吸收能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一颗色斑的面积为50 mm2，则它需要吸收多少个红宝石激光脉冲才能逐渐消失？
解析：(1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间。
一个光脉冲长度
Δl＝cΔt＝3.0×108×1.0×10－11 m＝3.0×10－3 m。
(2)一个光脉冲所携带的能量
ΔE＝PΔt＝1.0×1010×1.0×10－11 J＝0.1 J
清除面积为50 mm2的色斑需要光脉冲数为
n＝E·S/ΔE＝60×50×10－2÷0.1个＝300个。
答案：(1)3.0×10－3 m (2)300
14．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信息高速传输的载体。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大？
解析：要保证不会有光线从侧面跑出来，其含义是不管入射角多大都能在测量壁发生全反射。令入射角等于90°，再由折射定律和全反射临界角公式、几何关系就可以求出材料的折射率。
设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为α，折射光线射向侧面时的入射角为β，如图所示。
由几何关系：α＋β＝90°，sinα＝csβ。
由全反射临界角的公式：sinβ＝eq \f(1,n)，csβ＝eq \r(1－\f(1,n2))，
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有i＝90°，sini＝1，故n＝eq \f(sini,sinα)＝eq \f(sini,csβ)＝eq \f(1,\r(1－\f(1,n2)))＝eq \f(n,\r(n2－1))。
解得n＝eq \r(2)，
光导纤维的折射率应为n≥2。
答案：n≥eq \r(2)
15．一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为2 mm的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准，使两者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发射激光束。在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应图线。如图21－3(a)所示为该装置示意图，如图21－3(b)所示为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中Δt1＝1.0×10－3 s，Δt2＝0.8×10－3 s。
图21－3
(1)利用图(b)中的数据求1 s时圆盘转动的角速度；
(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向；
(3)求图(b)中第三个激光信号的宽度Δt3。
解析：(1)由图线读得，转盘的转动周期T＝0.8①
角速度ω＝eq \f(2π,T)＝eq \f(6.28,0.8) rad/s＝7.85 rad/s②
(2)激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动(理由为：由于脉冲宽度在逐渐变窄，表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少，即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加，因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动)。
(3)设狭缝宽度为d，探测器接收到第i个脉冲时距转轴的距离为r1，第i个脉冲的宽度为Δt1，激光器和探测器沿半径的运动速度为v。
Δti＝eq \f(d,2πri)T③
r3－r2＝r2－r1＝vT④
r2－r1＝eq \f(dT,2π)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,Δt2)－\f(1,Δt1)))⑤
r3－r2＝eq \f(dT,2π)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,Δt3)－\f(1,Δt2)))⑥
由④⑤⑥式解得
Δt3＝eq \f(Δt1Δt2,2Δt－Δt2)＝eq \f(1.0×10－3×0.8×10－3,2×1.0×10－3－0.8×10－3)≈0.67×10－3 s。
答案：(1)7.85 rad/s (2)见解析 (3)0.67×10－3 s
A．激光可用于测距
B．激光能量十分集中，只可用于加工金属材料
C．外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
D．激光可用于全息照相，有独特的特点
解析：激光不仅可加工金属材料，也可以加工非金属材料，所以选项B不正确。
答案：A、C、D
2．下列关于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
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。
答案：C
3．一激光发光功率为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λ/n
C．该光的频率为c/λ
D．该光的频率为c/nλ
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。由于速度变化的原因，波长会相应变化。对同一频率的光，它在真空中的波长应大于在介质中的波长。
答案：A、D
4．下列说法中正确的是( )
A．强激光产生的高压引起原子的聚变
B．激光不能像无线电波那样用来传递信息
C．VCD、CD机是用激光来读取信息的
D．医学上激光“光刀”用来切开皮肤，是利用激光的高能特性
解析：根据激光的特点和应用可知，A、C、D正确；激光在光导纤维中利用时，不仅可以传递信息，而且可以使信息量大增，故B项错误。
答案：A、C、D
5．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
解析：两支铅笔靠在一起，中间的缝远远地大于光的波长，因此，光从中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，所以D正确。
答案：D
6．一束激光通过一棱镜，如图所示光路图中可能正确的是( )
解析：激光是一种单色性非常好的光，故经过三棱镜后不可能分开，A、C项正确。
答案：A、C
7．用准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光，可用于进行近视眼的治疗。用这样的激光刀对近视眼进行手术，手术时间短，效果好、无痛苦。关于这个治疗，以下说法中正确的是( )
A．近视眼是物体在眼球中成像的视网膜的前面，使人不能看清物体
B．激光具有很好的方向性，可以在非常小的面积上对眼睛进行手术
C．激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复
D．激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削
解析：激光手术是物理技术用于临床医学的最新成果。人的眼睛是一个光学成像系统，角膜和晶状体相当于一个凸透镜，物体通过凸透镜成像在视网膜上，人就能看清楚物体。当角膜和晶体组成的这个凸透镜的焦距比较小，物体成像在视网膜的前面时，人就不能看清物体，这就是近视眼。激光手术不是修复视网膜，而是对角膜进行切削，改变角膜的形状，使眼球中的凸透镜的焦距适当变大，物体经过角膜和晶状体后成像在视网膜上。
答案：A、B、D
8．下列说法正确的是( )
A．如果地球表面没有大气层，太阳照亮地球的范围要比有大气层时略大些
B．激光是一种人工产生的相干光，因此可对它进行调制，用来传递信息
C．激光测距雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度，从而对目标进行跟踪
D．从本质上说激光是横波
解析：如果地球表面没有大气层，太阳照亮地球的范围要比有大气层时略小些，A错误；激光是一种人工产生的相干光，因此可对它进行调制来传递信息，B正确；激光雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度，从而对目标进行跟踪，C正确；激光是横波，D正确。
答案：B、C、D
9．(1)相干性：只有________相同、________恒定、________一致的光才是相干光，激光是一种人工产生的________光。
(2)应用激光来传递________，光纤通信就是________和________相结合的产物。电磁波的________越高，它所携带的________越大，所以激光可以比无线电波传递更多的信息。
答案：(1)频率 相位差 偏振 相干 (2)信息 激光 光导纤维 频率 信息量
10．(1)平行度：激光的________非常好，所以它在传播很远的距离后仍能保持一定的________。
(2)应用激光进行精确的________，多用途的激光雷达不仅可以测量距离，而且能根据________测出目标的运动速度。
答案：(1)平行度 强度 (2)测距 多普勒效应
11．如图21－1所示为玻璃厚度检测仪的原理简图，其原理是：固定一束激光AO以不变的入射角θ1照到MN表面，折射后从PQ表面射出，折射光线最后照到光电管C上，光电管将光信号转变为电信号，依据激光束在C上移动的距离，可以确定玻璃厚度的变化。设θ1＝45°，玻璃对该光的折射率为eq \r(2)，C上的光斑向左移动了Δs，则可确定玻璃的厚度比原来变________(填“厚”或“薄”)了________。
图21－1
解析：光经过平行玻璃砖传播方向不变，只发生侧移，光斑向左移，可见玻璃变厚。由sinθ1sinθ2＝n，得θ2＝30°。设变厚了d，
则dtan45°－dtan30°＝Δs，所以d＝eq \f(3＋\r(3),2)Δs。
答案：厚 eq \f(3＋\r(3),2)Δs
12．激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光AO以入射角θ照射到液面上，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光电管将光信号转变成电信号，如图21－2所示。如发现光点在屏上向右移动了Δs的距离到达B′点，则液面是升高了还是降低了？变化了多少？
图21－2
解析：变化前后光路如图所示，由图知光点右移时液面下降，由几何知识知：ODB′B为平行四边形，△OCD为等腰三角形，CE为其高，在△OCD中可解得：△x＝eq \f(Δs,2)ctθ。
答案：降低 eq \f(Δs,2)ctθ
13．一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10－11 s，波长为694.3 nm，发射功率为1.0×1010 W。
(1)每列光脉冲的长度是多少？
(2)用红宝石激光照射皮肤色斑，每1 cm2吸收能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一颗色斑的面积为50 mm2，则它需要吸收多少个红宝石激光脉冲才能逐渐消失？
解析：(1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间。
一个光脉冲长度
Δl＝cΔt＝3.0×108×1.0×10－11 m＝3.0×10－3 m。
(2)一个光脉冲所携带的能量
ΔE＝PΔt＝1.0×1010×1.0×10－11 J＝0.1 J
清除面积为50 mm2的色斑需要光脉冲数为
n＝E·S/ΔE＝60×50×10－2÷0.1个＝300个。
答案：(1)3.0×10－3 m (2)300
14．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信息高速传输的载体。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大？
解析：要保证不会有光线从侧面跑出来，其含义是不管入射角多大都能在测量壁发生全反射。令入射角等于90°，再由折射定律和全反射临界角公式、几何关系就可以求出材料的折射率。
设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为α，折射光线射向侧面时的入射角为β，如图所示。
由几何关系：α＋β＝90°，sinα＝csβ。
由全反射临界角的公式：sinβ＝eq \f(1,n)，csβ＝eq \r(1－\f(1,n2))，
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有i＝90°，sini＝1，故n＝eq \f(sini,sinα)＝eq \f(sini,csβ)＝eq \f(1,\r(1－\f(1,n2)))＝eq \f(n,\r(n2－1))。
解得n＝eq \r(2)，
光导纤维的折射率应为n≥2。
答案：n≥eq \r(2)
15．一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为2 mm的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准，使两者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发射激光束。在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应图线。如图21－3(a)所示为该装置示意图，如图21－3(b)所示为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中Δt1＝1.0×10－3 s，Δt2＝0.8×10－3 s。
图21－3
(1)利用图(b)中的数据求1 s时圆盘转动的角速度；
(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向；
(3)求图(b)中第三个激光信号的宽度Δt3。
解析：(1)由图线读得，转盘的转动周期T＝0.8①
角速度ω＝eq \f(2π,T)＝eq \f(6.28,0.8) rad/s＝7.85 rad/s②
(2)激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动(理由为：由于脉冲宽度在逐渐变窄，表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少，即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加，因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动)。
(3)设狭缝宽度为d，探测器接收到第i个脉冲时距转轴的距离为r1，第i个脉冲的宽度为Δt1，激光器和探测器沿半径的运动速度为v。
Δti＝eq \f(d,2πri)T③
r3－r2＝r2－r1＝vT④
r2－r1＝eq \f(dT,2π)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,Δt2)－\f(1,Δt1)))⑤
r3－r2＝eq \f(dT,2π)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,Δt3)－\f(1,Δt2)))⑥
由④⑤⑥式解得
Δt3＝eq \f(Δt1Δt2,2Δt－Δt2)＝eq \f(1.0×10－3×0.8×10－3,2×1.0×10－3－0.8×10－3)≈0.67×10－3 s。
答案：(1)7.85 rad/s (2)见解析 (3)0.67×10－3 s
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