激光7

激 光

1．如图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i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，光电管将光信息转变为电信号，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i＝45°，玻璃对该光的折射率为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”)改变了____________．

答案：厚

3＋3

Δs 2

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，可见玻璃砖变厚．由sini/sinr3＋3

＝n，得r＝30°.设变厚了d，则dtan45°－dtan30°＝Δs，所以d＝Δs.

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2．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：3.84×10km

解析：真空中光速c＝3.0×10m/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11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＝ct＝×223.0×10×2.56m＝3.84×10km.

3．一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

－11

8

5

8

5

s，波长为694.3nm，发射功率为1.0×10W，求：

10

(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

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失，一块色斑的面积为50mm，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)3.0×10m (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＝3×10×1.0×10

8

－11

－3

2

m＝3.0×10m

2

－3

(2)面积为1cm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＝1.0×10×1.0×10

2

10

－11

J＝0.1J

消除50mm的色斑需要光脉冲数为

ES160×50n＝＝＝300(个) SΔE100×0.1

4．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．

sinθ1

由折射定律n＝

sinθ2

由几何关系θ2＋θ3＝90°，则sinθ2＝cosθ3 1

由全反射临界角公式sinθ3＝ n故cosθ3＝

11－2 n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 sinθ1sinθ1

故n＝＝＝sinθ2cosθ3

11－

1＝

n n2－1

n2

解得n＝2

2

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•利用激光遇到物体发生反射，可以测定物体的有关参量．如图1所示，B为固定的激光发生器和接收器于一体的装置，C为一辆在水平地面上做匀速直线运动的小车，现使B对准匀速行驶的小车C，使B每隔固定时间T0.发射一激光脉冲，如图2所示中幅度大的波形，而B接收到的由小车C返回的激光脉冲为如图2所示幅度较小的波形，发射、接收激光脉冲的时间间隔如图所示．T0，T，ΔT均为已知，则根据所给信息判断小车的运动方向为__________(填“向左”或“向右”)，速度大小为__________．(光速为c)

•解析：(1)若小车不动，发射激光脉冲后到接收返回脉冲的时间应恒定，而从图形看，从发射到接收的时间间隔逐渐增大，故可知小车C速度方向与激光发射方向一致，即小车向右运动．(2)要求小车的速度，关键是要求出小车通过的某段位移和所用时间，可用运动学中处理追及问题的方法求解，作出运动示意图如图所示．

T＋ΔTT＋ΔTTT11s＝OD··＝c·ΔTT，如下图所示，OD－OAOA＝cc·2－cc··Δ，如下图所示，22222ΔΔTT可知在s这段位移内小车运动的时间TT这段位移内小车运动的时间t＝t＝0＋0＋2. . 2sscc·ΔT·ΔT故小车的速度大小为v＝ . 故小车的速度大小为v＝tt＝ΔT＋2T00ΔT＋2T

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•点评：本题是激光测速与运动学综合的问题，关键是作出运动过程图，找出小车运动的某一段位移和通过这段位移所用的时间．

答案：向右 c·ΔT ΔT＋2T0

应用激光平行度好的特性，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2.56 s，则月球到地球的距离大约是多少？

【答案】3.84×105km【规律总结】这种题型关键是明白光的传播过程，光在真空中沿直线传播，传播速度为3×108m/s，同时还要注意所给时间为往返所用时间．

2．如图所示，激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光AO以入射角i照射到液面上，反射光OB射到水平的光屏上，屏上用光电管将光讯号转变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度，如果发现点B在屏上向右移动了Δs的距离到B′，由此可知液面________(选填“升高”或“降低”)了________．

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