神奇的激光教学设计
一、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。

二、设计思路
本节内容在科课程标准中的要求不高，主要是让学生了解激光的产生机理以及一些常用激光器的构造和工作原理。

但是通过本节课的学习，能使学生更进一步了解原子的结构和理解原子的能级理论。

本节课的设计思路是在向学生介绍激光产生机理和激光器的构造、工作原理的同时，设计一些问题，让学生在解决这些问题的过程中，对原子的结构和原子的能级理论加深记忆和理解，达到对知识的复习与巩固，培养学生应用知识及进行科学探究和创新的能力。

三、重点与难点
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。

四、教学资源
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。

五、教学设计
教师活动学生活动点评
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。

在教师的引导下回忆前面学过的知识，回答教师的提问：激光的特点及应用：相干性好、平行度高、亮度高。

在全息、测距、信息储存、医疗等方面都有广泛的应用。

我们知道，激光是一种人造光，那么激光是如何产生的呢？提出问题的形式引入，可以引发学生的思考，带领学生进入主题。

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。

教师活动原子吸收能量后，从较低能级
跃迁到较高能级，所吸收的能
量等于两能级之差；处于较高
能级状态的原子是不稳定的，
会自发地跃迁到较低的能量
态，同时放出光子，该光子的
能量也等于能级之差。

学生讨论：
灯丝原子吸收了电流做功产
生的热而被激发到能量较高
的状态；能量较高状态的原子
是不稳定的，会自发地跃迁到
较低的能量态，同时放出光
子。

学生活动
复习前面所学的知
识，为后面解决问
题作铺垫。

学生对现象分析并
进行归纳总结可以
对相关的知识及规
律加深理解，并能
培养归纳推理的能
力。

点评
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。

观看动画演示，加深对自发发
射的理解。

学生回忆光的干涉中相干光
的特点，并与普通光源发出的
光相比较，进一步理解相干光
的含义。

动画演示可以使抽
象的概念形象化，
便于理解和记忆。

通过比较，能加深
对概念的理解和记
忆。

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：
教师活动观看课件的动画演示。

结合原子的能级理论，理解原
子的这种跃迁过程，比较被吸
收的光子的能量核能级差的
关系。

学生活动
对所学知识进行及
时的巩固，并应用
于实际问题的解
决，培养学生应用
知识及分析问题的
能力。

点评
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？学生边观察边思考：
受激发射的光子与人射光子
具有相同的能量（频率）。

学生提问：
受激发射的光子与人射光子
具有相同的能量（频率），那
么，其它的规律是否相同呢？
学生提问：
如果这种光子能大量产生，这
种光不就是相干光了吗？
学生：如果用一定的手段去激
发原子体系，使得在激发态
E2上的原子数多于低能态E1
学生根据已经掌握
的知识对新的知识
和规律提出自己的
想法和疑问，这是
培养学生探究能力
和创新精神的一种
有效的方法。

学生提出的设想被
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。

教师活动上的原子数就可以了。

学生阅读，理解激光的含义：
激光的英文名字laser 是
“Light Amplification by
Stimulated Emission of
Radiation ”的第一个字母的
缩写，意思是：辐射的受激发
射的光放大。

学生活动
肯定，会感到有成
就感，这可以培养
学生情感、态度、
价值观。

点评
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。

根据教师的介绍，认识激光器
的各部分的作用。

1、激活介质它能通过受激
发射而使人射光放大。

2、抽运装置它是使激活介
质产生粒子数反转的装置。

3、光学共振腔激活介质放
在其中，它能增加放大作用并
对发射频率进行选择。

在教师的介绍下了解激光器
的构造及工作原理，并参与讨
论。

学生间的讨论及相
互的交流，可以培
养学生的团结协作
精神。

联系实际，对所学
内容进行相关应
用，达到对知识的
复习与巩固，培养
学生应用知识及进
行科学探究和科学
创新的能力。