高中物理人教版 (新课标)选修3第十八章 原子结构综合与测试教学设计

课题

18．5 激光

课 型

新授课

课 时

1

教学

目标

1、知识与技能

（1）理解自发发射、受激吸收和受激发射。

（2）了解激光产生的机理。

（3）了解激光器的构造和工作原理。

2、过程与方法

（1）通过对自发发射、受激吸收、受激发射的学习，了解原子发光的原理及特点，进一步理解原子能级理论。

（2）对激光产生的机理、激光器的结构和工作原理的学习和分析，认识科学探究并掌握科学探究的方法。

3、情感、态度与价值观

（1）通过学生对激光产生机理及激光器的学习和分析，发展学生对科学的好奇心和求知欲，体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

（2）通过对学习过程的调控、对物理问题的解决，培养学生信息收集和处理能力和分析解决问题的能力。

教 学

重 点

难 点

激光的产生机理是本节的重点，需要在教学过程中加深学生对原子结构和原子能级理论的理解。

激光器的工作原理是本节课的难点，在教学过程中应使学生了解抽运装置的作用，理解如何产生粒子数反转。

教 学

准 备

演示原子跃迁过程吸收和释放光子的课件，多媒体教学设备，红宝石激光器、氦氖激光器的结构示意图。

教

学

过

程

课题的引入

提出问题：

我们在选修3-4中学习过激光的特点及应用，请大家回忆一下激光的特点及相关应用。

我们知道，激光是一种人造光，那么激光是如何产生的呢？

一、激光产生的机理

前面我们学习了原子的能级理论，原子是如何在能级之间进行跃迁的呢？

1、自发发射

提出问题，引导学生思考和分析：

对于普通的光源，如我们熟悉的白炽灯，它们是如何发光的呢？

对学生的回答进行点评，并给出概念：

对，这就是自发发射。

课件演示自发发射过程。

在自发发射中，原子以随机的方式回到基态，也就是说，每个原子发光的时刻、方向、初相位都是不确定的，发光的频率一般也不一样。因此普通光源发出的光不是相干光。

2、受激吸收

演示课件并解说：

常温下处于热平衡状态的原子系统，多数原子都处在基态。如果一个人射光子的能量恰好等于原子基态与某个激发态的能量差，那么原子就很容易吸收这个光子而跃迁到这个激发态上。

这种跃迁不是自发产生的，是在入射光子的刺激下产生的，所以称为受激吸收。

3、受激发射

演示课件并解说：

如果一个入射光子的能量正好等于原子的某一对能级的能量差额E2-E1，那么处于激发态 E2的原子就可能受到这个光子的刺激而跃迁到能量较低的状态 E1，同时发射一个与入射光子完全相同的光子，这就是受激发射的过程。

教师：对，它们还具有相同的相位、偏振态，且沿同一方向发出。

教师：对，但是通常状态下多数原子处于基态，怎么办呢？

是的，这种状态就叫做粒子数反转，是一种非热平衡的状态。这时，一个入射光子引起的受激发射要比它被吸收的概率大得多，可以形象地说，入射光被“放大”了。

大家可以阅读书上的内容并加以体会。

二、激光器

1、激光器的原理

展示激光器的原理图，并介绍各组成部分及作用。

根据激活介质的不同，激光器可以分为固体、液体、气体、染料、半导体激光器等。

2、红宝石激光器

展示红宝石激光器的结构示意图并介绍各部分的用途。

3、氦氖激光器

展示氦氖激光器的结构示意图并介绍各部分的用途。

作 业

布 置

完成问题与练习的1、2、3。

课堂总结

理解自发发射、受激吸收和受激发射。

了解激光产生的机理。

了解激光器的构造和工作原理。