物理 第4章 光的波动性 4.6 全反射与光导纤维 4.7 激光同步备课 沪科版选修3-4

第4章4.6 全反射与光导纤维4.7 激光学习目标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.内容索引自主预习梳理 重点知识探究 当堂达标检测自主预习梳理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相对入射光密光疏大于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.激光的特点及应用性质应用相干性：激光具有频率_、相位差_、偏振方向_的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性光纤通信平行度：激光的_非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度 激光会聚一点，读取光盘上记录的信息等亮度高：它可以在很小的_和很短的_内聚集很大的_用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做“光刀”，核工业中用激光激发核反应等相同恒定一致平行度空间时间能量重点知识探究一、全反射导学探究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？答案答案答案由 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.图1知识深化知识深化1.光疏介质和光密介质光疏介质和光密介质名称项目光疏介质光密介质定义折射率较小的介质折射率较大的介质传播速度光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小.折射特点(1)光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角.(2)光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角.备注(1)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小.(2)光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义.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，Carcsin .(2)全反射发生的条件光从光密介质射入光疏介质.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.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例例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.下列说法正确的是解析答案图2解析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？答案答案答案采用了全反射的原理.图3知识深化知识深化1.全反射棱镜全反射棱镜(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.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例例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解析答案图4C.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，可以起保护作用解析解析光导纤维很细，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.例例3 如图5所示，AB为光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用材料的折射率n.(已知光在真空中的传播速度为c)解析答案图5三、全反射的定量计算答案答案课堂要点小结课堂要点小结1.全反射与光导纤维当堂达标检测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12解析答案3解析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.1232.(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答案1233.让激光照到VCD机、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123解析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.123