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4.6 全反射与光导纤维 4.7 激光,第4章 光的波动性,学习目标,1.认识光的全反射现象，知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念. 2.理解发生全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象. 3.知道全反射棱镜及其应用. 4.了解光导纤维的工作原理及其在生产、生活中的应用. 5.了解激光的特性和应用，了解全息照相的原理.,内容索引,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习 预习新知 夯实基础,自主预习,1.光疏介质和光密介质 折射率较小的介质称为 ，折射率较大的介质称为 .光疏介质与光密介质是 的. 2.全反射现象 (1)临界角：光由光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到 ，这时的 角叫做临界角. (2)全反射现象：当光线由 介质射入 介质时，如果入射角_ 临界角，就发生全反射现象，也叫做全内反射.,光疏介质,光密介质,90,入射,相对,光密,光疏,大于,3.全反射的应用 (1)全反射棱镜：截面为 的棱镜，利用 改变光路. (2)光导纤维：由折射率 的内层纤芯和折射率 的外面包层组成，光传播时在内层纤芯与外面包层的界面上发生 .,等腰直角三角形,全反射,较大,较小,全反射,4.激光的特点及应用,相同,恒定,一致,平行度,空间,时间,能量,重点探究,答案 由 n知当i增大，r也会增大，随着i的增大，r先增大到90，若i再增大，则折射光线会消失.,一、全反射,导学探究 光从空气射入水中时，入射角大于折射角，由光路可逆知当光从水中射入空气时，折射角大于入射角(如图1所示).若入射角i逐渐增大，折射角r如何变化？猜想一下当i增大到90的过程中会出现什么现象？,图1,答案,知识深化 1.光疏介质和光密介质,2.全反射现象 (1)临界角：折射角为90时的入射角称为全反射临界角，简称临界角， 用C表示，C . (2)全反射发生的条件 光从光密介质射至光疏介质. 入射角大于或等于临界角.,(3)全反射现象中能量分配关系 折射角随着入射角的增大而增大，折射角增大的同时，折射光线的强度减弱，即折射光线的能量减小，亮度减弱，而反射光线的强度增强，能量增大，亮度增强. 当入射角增大到某一角度时(即临界角)，折射光能量减弱到零(即折射角为90)，入射光的能量全部反射回来，这就是全反射现象.,例1 (多选)如图2所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置.下列说法正确的是 A.假若三条光线中有一条在O点发生了全反射， 那一定是aO光线 B. 假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射 C.假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射 D.假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO的反射光线比光线cO的反射 光线的亮度大,解析,答案,图2,解析 三条入射光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖，在圆周界面，它们的入射角为零，均不会偏折.在直径界面，光线aO的入射角最大，光线cO的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能.如果只有一条光线发生了全反射，那一定是aO光线，因为它的入射角最大，所以选项A对.假若光线bO能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO的入射角更大，所以，光线aO一定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因此，cO光线不一定能发生全反射.所以选项C对，B错. 假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO和光线cO都不能发生全反射，但bO光线的入射角更接近于临界角，所以，光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强，即光线bO的反射光线亮度较大，所以D对，本题答案选A、C、D.,二、全反射现象的应用,导学探究 如图3所示，自行车后有尾灯，它虽然本身不发光，但在夜间行驶时，从后面开来的汽车发出的强光照在尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车.那么自行车的尾灯采用了什么原理？,答案 采用了全反射的原理.,答案,图3,知识深化 1.全反射棱镜 (1)构造：截面为等腰直角三角形的棱镜. (2)特点：当光垂直于它的一个界面射入后，会在其内部发生全反射，比平面镜的反射率高，几乎可达100%；反射面不必涂任何反光物质，反射失真小. 2.光导纤维 (1)原理：利用了光的全反射. (2)构造：光导纤维由内层纤芯和外面包层两层组成.内层纤芯的折射率比外面包层的大.光传播时在内层纤芯与外面包层的界面上发生全反射. (3)特点：容量大，能量损耗小、抗干扰能力强，保密性好等.,例2 光导纤维的结构如图4所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播.以下关于光导纤维的说法正确的是 A.内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯 与外套的界面上发生全反射 B.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 C.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射 D.内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用,图4,解析,答案,解析 光导纤维很细，它由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射.,三、全反射的定量计算,例3 一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面.在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上.已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率.,答案,解析,解析 如图，考虑从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃上表面的A点折射，根据折射定律有n sin sin 式中，n是玻璃的折射率，是入射角，是折射角. 现假设A恰好在纸片边缘：由题意，在A点刚好发生 全反射，故sin sin C,课堂要点小结,1.全反射与光导纤维,光疏介质和光密介质 全反射现象：入射光从反射面全部反射回原介质的现象,临界角：折射角为90时的入射角，sin C,光由光密介质射向光疏介质 入射角大于或等于临界角,全反射棱镜 光纤及其应用,全反射发生的条件,原理：光的全反射 内窥镜 光纤通信,全反射的应用,2.激光,特性,单色性好、相干性好 平行度好 亮度高,光纤通信、测距、切割、焊接 全息照相,应用,达标检测,1,2,3,1.如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是,解析 光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于临界角，则发生全反射；如果入射角小于临界角，则在界面处既有反射光线，又有折射光线，但折射角应大于入射角，选项A正确，选项C错误. 当光从空气射入玻璃砖时，在界面处既有反射光线，又有折射光线，且入射角大于折射角，选项B、D错误.,解析,答案,2.(多选)光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生全反射，那么必须满足的条件是 A.a是光密介质，b是光疏介质 B.光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度 C.光的入射角必须大于或等于临界角 D.光的入射角必须小于临界角,1,2,3,答案,1,2,3,3.让激光照到CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声音和图像，这是利用光的 A.平行度好，可以会聚到很小的一点上 B.相干性好，可以很容易形成干涉图样 C.亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量 D.波长短，很容易发生明显的衍射现象,解析,答案,解析 激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误.,
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