2018-2019学年高中物理鲁科版选修3-4课件：第4章 第2、3节 光的全反射 光导纤维及其应用

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
光导纤维的结构如图 424 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 ( )
图 424
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 423
i≥C(临界角)，光就会在光纤内不断发生全反射。实际用的光导纤 维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，在内 芯和外套的界面上发生全反射，如图 423 所示。
2．光纤通信 光也是一种电磁波，它可以像无线电波那样，作为载体来 传递信息。载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤一 端输入，就可以传到千里之外的另一端，实现光纤通信。
全反射及其产生条件
[自读教材· 抓基础]
1．光疏介质和光密介质的概念 两种不同的介质，折射率较小的介质叫做 光疏 介质，折 射率较大的介质叫做 光密 介质。 2．全反射现象 (1)全反射及临界角的概念： ①全反射：光从 光密 介质射入 光疏 介质时，当入射角增 大到一定程度时，折射光线完全消失，全部光线都被反射回光 密介质的现象。
[跟随名师· 解疑难]
1．理解光导纤维的工作原理 (1)全反射是光导纤维的基本工作原理。 全反射的条件是： 光由 光密介质射入光疏介质， 且入射角大于或等于临界角。 临界角 C 的 1 大小满足：sin C＝n。 (2)光导纤维的构造就是为了满足光的全反 射。光纤一般由折射率较大的玻璃内芯和折射 率较小的外层透明介质组成。光在光纤内传播 时，由光密介质入射到光疏介质，若入射角
②临界角：刚好发生全反射(即折射角等于 90° )时的 入射角 。 用字母 C 表示。 (2)全反射的条件： ①光从 光密 介质射入 光疏 介质。 ②入射角 大于等于 临界角。 (3)临界角与折射率的关系：
1 sin C＝n ①定量关系： 光由介质射入空气(或真空)时， (公式)。
②定性关系：介质折射率越大，发生全反射的临界角越 小 ， 越 容易 发生全反射。
2．全反射棱镜 (1)形状：截面为 等腰直角 三角形的棱镜。 (2)光学特性： ①当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上 发生 全反射 ，光射出棱镜时，传播方向改变了 90°。 ②当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边上各发 生一次 全反射 ，使光的传播方向改变了 180° 。 ③全反射棱镜的反射性能比镀银的平面镜 更好 。
[跟随名师· 解疑难]
1．光疏介质和光密介质的比较
光的传播速度 光疏介质 大
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
折射率 小
光密介质
2．对全反射的理解
小
大
(1)全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能 量变化的角度加以理解。当光线从光密介质射入光疏介质，在 入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的 能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减 弱为零，发生了全反射。
(2)全反射遵循的规律： 光由光密介质进入光疏介质发生全反 射时，仍然遵守反射定律。有关计算仍可依据反射定律进行。 (3)光从光密介质射向光疏介质时， 只要入射角大于或等于临 界角 C，一定会发生全反射现象。 [特别提醒] (1)光疏介质、 光密介质是两种介质相比较而言的， 只有一种 介质，无法确定它是光疏介质还是光密介质。 (2)分析光的全反射时， 关键是根据临界条件画出恰好发生全 反射的光路图，再利用几何知识分析边角关系。
答案：B
对全反射现象的解释
[自读教材· 抓基础]
1．解释全反射现象 (1)水或玻璃中的气泡看起来特别亮， 是由于光射到气泡上发 生了 全反射 。 (2)在沙漠里， 接近地面的热空气的折射率比上层空气的折射 率 小 ，从远处物体射向地面的光线的入射角 大于临界角 时发 生全反射，人们就会看到远处物体的倒影。
知识点一
理解·教材 新知
第 2、 3 节
知识点二 知识点三 命题点一 命题点二
第 4 章
把握·命题 热点
应用·落实 体验
课堂双基落实 课下综合检测
第 2、 3 节
光的全反射__光导纤维及其应用
1．光疏介质和光密介质是相对的，区分 光疏介质和光密介质要看两种介质折 射率的大小关系。 2．光从光密介质射向光疏介质，且入射 角达到临界角时，将发生全反射，全 反射是一种特殊的光学现象。 3．全反射现象在日常生活中有很多应用， 如光导纤维利用全反射来传输信号。
图 421
图 422 解析： 画出入射光线与出射光线反向延长线的交点则为发生
全反射的位置，再根据光的传播方向的变化，可知 B 正确。 答案：B
光导纤维及其应用
1．原理 利用了 全反射 原理。 2．构造 光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径从几微米到几十微米 之间，由内芯和外层透明介质两层组成。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 。 ___ 3．应用 光纤通信先将 声音 信号转换为 光 信号， 利用光纤把 光 信号 输出；到接收端再将光信号还原为声音信号。 4．主要优点 容量 大、能量损耗小、抗干扰能力 强，保密性好等。 _____
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
光从一种介质射到另一种介质时，发生了全反射，则全反射发 生在 A．折射率较小的介质中 C．光速较大的介质中 ( B．折射率较大的介质中 D．入射角小于临界角 )
解析：光从光密介质射到光疏介质才可能发生全反射，且要求 入射角大于或等于临界角，而光密介质的折射率大、光速小。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
空气中两条光线 a 和 b 从方框左侧入射，分别从方框 下方和上方射出，其框外光线如图 421 所示。方框内 有两个折射率 n＝1.5 的玻璃全反射棱镜。 图 422 中给 出了两棱镜的四种放置方式的示意图，其中能产生图 421 效果的是( )