资源简介

4.5《激光》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 沪科版选择性必修第一册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容选自沪科版高中物理选择性必修第一册第四章“光的波动性”中的第五节《激光》，是光学知识的拓展与应用。教材从激光的产生原理、基本特性（单色性好、方向性强、亮度高、相干性好）到实际应用进行了系统介绍，体现了物理学从理论到技术转化的过程。本节不仅是对光的干涉、衍射、偏振等波动性质的深化理解，也为后续学习现代光学技术和信息通信打下基础。
学情分析
高二学生已具备一定的光学基础知识，掌握了光的反射、折射、干涉和衍射现象，对波的基本特征有初步认知。但对激光这种高度集中的非自然光源仍缺乏直观体验，对其产生机制和特殊性质理解较为抽象。学生的抽象思维能力正在发展，对高科技应用兴趣浓厚，但容易将激光简单等同于“强光”，忽略其量子本质。因此教学中需通过实验演示、情境创设和类比讲解帮助学生建立科学概念，并结合生活实例激发探究欲望。
课时教学目标
物理观念
1. 理解激光产生的基本原理——受激辐射，掌握激光的四大特性：单色性好、方向性强、亮度高、相干性好。
2. 能区分激光与普通光源在发光机制和性能上的本质差异，形成对光的量子行为的初步认识。
科学思维
1. 运用比较、归纳的方法分析激光与普通光的区别，提升逻辑推理能力。
2. 通过构建“原子能级跃迁—受激辐射—光放大”的物理模型，发展建模与抽象思维能力。
科学探究
1. 观察激光笔照射狭缝的衍射图样，设计简单实验验证激光的方向性和相干性。
2. 在教师引导下提出关于激光应用的问题，并尝试查找资料进行解释与交流。
科学态度与责任
1. 认识激光技术在医疗、通信、制造等领域的广泛应用，体会科技服务于社会的价值。
2. 了解激光安全使用规范，增强科学使用高科技产品的责任感和安全意识。
教学重点、难点
重点
1. 激光的四大基本特性及其物理含义。
2. 激光与普通光源的本质区别。
难点
1. 受激辐射的概念及激光产生机制的理解。
2. 相干性这一抽象概念的具象化解释。
教学方法与准备
教学方法
讲授法、情境探究法、合作探究法、实验观察法
教具准备
激光笔（红光）、双缝干涉装置、光屏、扩束镜、多媒体课件、动画视频
教学环节 教师活动 学生活动
情景导入
【5分钟】 一、光影魔术，引发好奇。 （一）、播放一段激光秀视频。
教师利用多媒体播放一场绚丽的激光舞台表演：蓝色与绿色激光束在夜空中划出优美的弧线，交织成动态图案；红色激光穿过烟雾形成清晰可见的直线光柱；激光扫描二维码瞬间完成支付……画面结束时定格在一个医生用激光进行眼科手术的镜头。
提问：“同学们，刚才看到的这些神奇的光线，它们和我们平时用的手电筒发出的光有什么不同？为什么它能精准地切割金属、矫正视力，甚至传递信息？”
引导语：“这束看似普通的光，其实藏着巨大的能量和精密的控制力。它就是——激光。今天，我们就一起揭开它的神秘面纱。”
板书课题：4.5 激光
（二）、回顾旧知，搭建桥梁。
教师展示一张普通白炽灯发光示意图（多方向、多频率、无序发射），并提问：“请大家回忆一下，我们之前学过的自然光或普通光源是如何发光的？”
预设学生回答：“电子跃迁释放能量”、“发出各种颜色的光”、“向四面八方传播”。
教师肯定后补充：“没错，普通光源中，原子自发辐射，各自为政，发出的光杂乱无章。而激光则完全不同，它是‘训练有素’的光兵团队。” 1. 观看视频，感受激光的神奇应用。
2. 思考并回答教师提出的问题。
3. 回忆已有知识，参与课堂讨论。
4. 明确学习主题，进入学习状态。
评价任务 观察能力：☆☆☆
问题意识：☆☆☆
知识迁移：☆☆☆
设计意图 通过震撼的激光应用场景激发学生兴趣，营造真实问题情境；以对比方式唤醒旧知，建立新旧知识联系，为理解激光的独特性奠定基础；运用比喻“训练有素的光兵”降低抽象概念的理解门槛。
新知建构
【15分钟】 一、追根溯源：激光是怎么来的？ （一）、引入爱因斯坦的预言——受激辐射。
教师讲述：“早在1917年，伟大的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦就在研究黑体辐射时提出了一个惊人的设想：除了我们熟知的‘自发辐射’外，还存在一种‘受激辐射’现象。”
接着出示一幅简化的氢原子能级图：
教师指着图解释：“当一个处于激发态E 的原子，受到一个能量恰好等于E -E 的外来光子撞击时，它会被‘刺激’而跃迁回基态E ，并同时发射出一个与入射光子完全相同的光子——同样的频率、同样的相位、同样的传播方向。这就叫‘受激辐射’。”
强调：“这是激光诞生的理论基石。两个完全一样的光子出现了！”
（二）、构建激光器模型：从理论到装置。
教师继续讲解：“要让受激辐射占主导，必须实现‘粒子数反转’——即让更多的原子处于激发态而不是基态，这需要外部能量‘泵浦’，比如通电或光照。”
然后展示激光器结构示意图：
“这个装置叫做光学谐振腔。两端是两块平行的反射镜，中间放着能产生受激辐射的工作物质。泵浦源提供能量使原子跃迁至激发态。一旦发生受激辐射，产生的光子在两镜之间来回反射，不断引发更多原子发生受激辐射，形成‘雪崩效应’——这就是光的放大过程。最终，一部分高强度、高度一致的光从半透半反镜射出，成为我们看到的激光束。” 1. 听讲并思考受激辐射的物理意义。
2. 观察能级图和激光器结构图，理解关键部件作用。
3. 在教师引导下理解“粒子数反转”和“光放大”概念。
4. 形成对激光产生机制的整体认知框架。
评价任务 概念理解：☆☆☆
图像解读：☆☆☆
逻辑推理：☆☆☆
设计意图 通过历史背景引入增强科学人文色彩；利用清晰的SVG图示将抽象的能级跃迁和激光器结构可视化；采用“讲故事+画图+讲解”的方式层层递进，帮助学生突破“受激辐射”这一核心难点；强调“雪崩效应”形象化表达光放大过程。
特性探究
【12分钟】 一、实验观察：感受激光的非凡品质。 （一）、演示实验1：方向性强。
教师手持红色激光笔，在教室内较远端墙上打出一个亮点。“请大家注意看，即使经过十几米的距离，光斑依然很小很集中。如果用手电筒照过去，会是什么样子？”
学生回答：“会散开很大一片。”
教师总结：“正是因为激光是在谐振腔内经过多次反射筛选出来的，只有沿轴线方向的光才能被保留下来，所以方向性极强，发散角极小。”
（二）、演示实验2：相干性好。
教师将激光笔连接扩束镜，使光束变宽，然后照射双缝干涉装置，在光屏上呈现出清晰稳定的明暗相间条纹。
提问：“我们之前做双缝干涉实验时，用普通光源很难看到清晰条纹，为什么激光可以？”
引导学生思考：“因为激光具有高度的相干性——所有光波的频率相同、相位差恒定，才能产生稳定干涉图样。”
进一步说明：“这也是光纤通信能够高速传输信息的基础。”
（三）、归纳总结：四大特性对比表。
教师投影一张对比表格：
特性普通光源激光单色性 宽频带（多种波长）极窄谱线（单一波长）方向性向四面八方发散几乎不发散，定向传播亮度 较低极高（能量集中）相干性差（相位随机）好（相位一致）
教师逐项解释，并举例说明：
“单色性好意味着它可以用于精确测量波长，比如在光谱分析中；亮度高使得它可以用于切割、焊接甚至核聚变点火；相干性好让它成为全息摄影和精密测距的关键。” 1. 观察激光的方向性表现。
2. 分析干涉条纹成因，理解相干性。
3. 对比普通光与激光差异。
4. 记录并理解四大特性及其意义。
评价任务 实验观察能力：☆☆☆
比较分析能力：☆☆☆
归纳总结能力：☆☆☆
设计意图 通过直观实验让学生亲身感知激光特性，变抽象为具体；利用对比表格强化记忆；将物理特性与实际应用挂钩，体现“从物理走向社会”的理念；引导学生主动思考现象背后的原理，培养科学探究精神。
应用拓展
【8分钟】 一、激光的世界：改变生活的光之刃。 （一）、分组讨论：身边的激光应用。
教师组织学生前后桌四人一组，讨论：“你在生活中见过哪些激光的应用？它们利用了激光的哪项特性？”
给予3分钟讨论时间，巡视指导。
（二）、成果分享与补充提升。
邀请小组代表发言：
预设1：“超市扫码枪——利用方向性和亮度，快速读取信息。”
预设2：“激光打印机——通过聚焦激光在感光鼓上形成静电图像。”
预设3：“激光美容、近视手术——利用高亮度精准去除组织。”
教师补充并拓展：
“还有激光测距仪，利用光速恒定和方向性好，测量地球到月球的距离误差不到几厘米；光纤通信，利用激光的高频率和良好相干性，一根头发丝粗细的光纤可同时传输数万路电话；工业上激光切割钢板，速度快精度高；军事上激光制导，精准打击目标。”
播放一段我国“羲和号”太阳探测卫星使用激光通信技术传回高清图像的新闻视频片段，增强民族自豪感。
（三）、安全警示：美丽背后的危险。
教师严肃指出：“激光虽然用途广泛，但高功率激光对人体尤其是眼睛会造成永久伤害。国家规定激光产品必须标注安全等级。我们日常使用的激光笔也应避免直射人眼或飞机驾驶舱。”
展示激光安全等级标签（Class I ~ Class IV），强调“任何情况下都不应用激光照射他人”。 1. 小组合作讨论激光的实际应用。
2. 积极分享观点，倾听他人意见。
3. 了解激光的多元应用场景。
4. 建立激光使用安全意识。
评价任务 合作交流：☆☆☆
联系实际：☆☆☆
社会责任：☆☆☆
设计意图 通过合作学习促进思维碰撞；将物理知识与日常生活紧密结合，体现学科价值；融入我国科技成就案例，厚植家国情怀；强调科技伦理与安全规范，落实“科学态度与责任”目标。
课堂总结
【5分钟】 一、升华总结：一束光，照亮未来。 （一）、回顾主线，结构化梳理。
教师站在黑板前，手指板书：“今天我们沿着‘激光如何产生→有何独特性质→如何改变世界’这条主线，走完了一段奇妙的旅程。它始于爱因斯坦的思想火花，成于科学家们的不懈探索，终于千家万户的技术应用。”
带领学生齐声复述四大特性：“单色性好、方向性强、亮度高、相干性好。”
（二）、情感升华，激励展望。
教师深情总结：“这束光，不只是实验室里的奇迹，更是人类智慧的结晶。它像一把钥匙，打开了通往精密制造、高速通信、深空探测的大门。正如钱学森先生所说：‘科学技术是第一生产力。’当我们仰望星空，看到卫星用激光传递信息；当我们走进医院，见证激光拯救视力；当我们触摸手机，享受扫码带来的便利——我们都正沐浴在这束‘人造阳光’的光辉之中。”
最后寄语：“愿你们也能成为未来的‘发光者’，用知识点燃创新的火焰，用责任守护科技的光芒，让中国智造的激光，照亮更远的星辰大海！” 1. 跟随教师回顾本节课主要内容。
2. 复述激光的四大特性。
3. 感受科技魅力，激发学习热情。
4. 树立科技报国的理想信念。
评价任务 知识掌握：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
价值认同：☆☆☆
设计意图 采用“结构化+升华式”双重总结，既巩固知识体系又提升情感价值；引用名人名言增强说服力；以诗意语言描绘科技图景，唤起学生对科学的敬畏与向往；结尾寄语将个人成长与国家发展相连，实现立德树人的根本目标。
作业设计
一、基础巩固题
1. 下列关于激光的说法中，正确的是（ ）
A. 激光一定是红色的
B. 激光是自然界普遍存在的一种光
C. 激光具有良好的相干性
D. 激光的传播不需要介质
2. 简答题：请简述激光产生的三个必要条件。
二、能力提升题
查阅资料，写一段200字左右的文字，介绍一种你感兴趣的激光应用技术（如激光核聚变、激光冷却、激光雷达等），并说明它主要利用了激光的哪项或哪几项特性。
三、实践拓展题
请设计一个简易实验方案，利用家中可用物品（如激光笔、细线、卡片等），验证激光的方向性优于普通手电筒。写出实验步骤、预期现象及结论。
【答案解析】
一、基础巩固题
1. C、D
解析：A错误，激光有多种颜色（如红、绿、蓝、红外等）；B错误，激光是人工产生的；C正确，相干性是激光的重要特性之一；D正确，光可在真空中传播。
2. （1）具有合适的能级结构的工作物质；（2）实现粒子数反转的泵浦机制；（3）具有光学谐振腔以实现光放大和模式选择。
二、能力提升题
示例：激光冷却是一种利用激光使原子运动速度减慢从而降温的技术。当激光频率略低于原子吸收频率时，迎着激光运动的原子会因多普勒效应而吸收光子，获得反向动量，从而减速。此过程反复进行，原子群温度可降至接近绝对零度。该技术主要利用了激光的单色性好（精确匹配能级）和方向性强（可控动量传递）两大特性，广泛应用于玻色-爱因斯坦凝聚等前沿研究。
板书设计
4.5 激 光
[左侧] 一、产生原理
↑ 泵浦能量
基态 E 激发态 E
↓ 吸收 ↓ 受激辐射（关键！）
→ 相同光子 ×2 → 雪崩放大
[中部] 二、三大条件
1. 工作物质（如红宝石）
2. 粒子数反转（外部泵浦）
3. 光学谐振腔（全反镜 + 半反镜）
[右侧] 三、四大特性 & 应用
单色性好 — 光谱分析、精密测量
方向性强 — 测距、通信、指示
亮度高 — 切割、焊接、手术
相干性好 — 干涉、全息、光纤通信
安全提示：严禁直射人眼！
教学反思
成功之处
1. 以激光秀视频导入，极大激发了学生的学习兴趣和求知欲，课堂氛围活跃。
2. 运用SVG绘制能级图和激光器结构图，将抽象原理可视化，有效突破了“受激辐射”这一教学难点。
3. 实验演示与生活案例相结合，使学生真切感受到物理与生活的紧密联系，提升了科学素养。
不足之处
1. 受限于设备，未能让学生亲手操作干涉实验，部分学生对相干性的理解仍显模糊。
2. 小组讨论时间略显紧张，个别小组未能充分表达观点。
3. 对激光的量子本质挖掘不够深入，适合学有余力的学生进行课外延伸。

展开更多......

收起↑