高考總復(fù)習(xí)物理課件44 光全反射　光導(dǎo)纖維

1、課時44光的全反射光導(dǎo)纖維考點(diǎn)一全反射 基礎(chǔ)梳理1光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)兩種介質(zhì)相比較，折射率大的介質(zhì)叫光密介質(zhì)，折射率小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)2臨界角(c)：折射角等于90時的入射角叫臨界角當(dāng)光線從某種介質(zhì)射向真空(或空氣)時，臨界角的正弦為 3全反射：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，如果入射角大于或等于臨界角，折射光線消失，只產(chǎn)生反射的現(xiàn)象叫全反射4產(chǎn)生全反射的條件：(1)光要從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)(2)入射角要大于或等于臨界角(ic) 疑難詳析1光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的同一種介質(zhì)，相對于其他不同的介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì)2光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時，入射角大于折射角；光從光密介質(zhì)射

2、入光疏介質(zhì)時，入射角小于折射角3如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象考點(diǎn)二光導(dǎo)纖維 基礎(chǔ)梳理1結(jié)構(gòu)：光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)，是一種透明的玻璃纖維絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，即內(nèi)芯是光密介質(zhì)，外套是光疏介質(zhì)2原理：光在光纖的內(nèi)芯中傳播，每次射到內(nèi)、外層的界面上時，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射，這樣從光纖一個端面射入的光，在兩層界面上經(jīng)過多次全反射，能夠沒有損失地從另一端射出 疑難詳析1光纖通信：光纖通信是利用光波在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的通信方式在發(fā)送端首先要把傳送的信息(如話音)變成電信號，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的

3、強(qiáng)度隨電信號的幅度(頻率)變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)：容量大、衰減小、抗干擾強(qiáng)2內(nèi)窺鏡：把光導(dǎo)纖維聚集成束，使其兩端纖維排列的相對位置相同，具有亮暗色彩的圖象就可以從一端傳到另一端實際的內(nèi)窺鏡裝有兩組光纖，一組用來把光傳到人體內(nèi)部，一組用來觀察題型一折射與全反射規(guī)律的綜合應(yīng)用例1如圖1所示，置于空氣中的一只不透明容器中盛滿某種透明液體容器底部靠近器壁處有一個豎直放置的6.0 cm長的線光源靠近線光源一側(cè)的液面上蓋有一塊遮光板，另一側(cè)有一個水平放置的與液面等高的望遠(yuǎn)鏡，用來觀察線光源開始時通過望遠(yuǎn)鏡不能看到線

4、光源的任何一部分將光源沿容器底向望遠(yuǎn)鏡一側(cè)平移至某處時，通過望遠(yuǎn)鏡剛好可以看到線光源底端再將線光源沿同一方向移動8.0 cm，剛好可以看到其頂端，求此液體的折射率n.圖圖1 答案答案n1.25題后反思：解答這一類題目要抓住折射定律和全反射的條件在分析、研究光路時，常要假設(shè)某一條光線符合題意要求，再畫出光路圖求解半徑為r的半圓柱形玻璃磚的截面如圖2所示，o為圓心，光線沿半徑方向從a點(diǎn)射入玻璃磚后，恰好在o點(diǎn)發(fā)生全反射，另一條光線平行于光線從最高點(diǎn)b射入玻璃磚后，在底邊mn上的d點(diǎn)射出若測得od ，則該玻璃磚的折射率為多少？ 圖圖2答案：答案：2.03題型二全反射在光纖通訊中的應(yīng)用例2如圖3所示，

5、一根長為l5.0 m的光導(dǎo)纖維用折射率n 的材料制成一束激光由其左端的中心點(diǎn)以45的入射角射入光導(dǎo)纖維內(nèi)，經(jīng)過一系列全反射后從右端射出，求：圖3 (1)該激光在光導(dǎo)纖維中的速度v是多大(2)該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時間是多少 答案答案(1)2.1108 m/s(2)2.7108 s.題后反思：全反射的一個重要應(yīng)用就是用于光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)光纖有內(nèi)、外兩層材料，其中內(nèi)層是光密介質(zhì)，外層是光疏介質(zhì)光在光纖中傳播時，每次射到內(nèi)、外兩層材料的界面，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射這樣使從一個端面入射的光，經(jīng)過多次全反射能夠沒有損失地全部從另一個端面射出光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖4，其內(nèi)芯和外套材

6、料不同，光在內(nèi)芯中傳播以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是()圖4a內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射b內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射c內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射d內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護(hù)作用解析：光導(dǎo)纖維內(nèi)芯的折射率比外套大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射從而使載有聲音、圖像以及各種數(shù)字信號的激光在光纖中遠(yuǎn)距離傳遞故只有a正確答案：a題型三光的色散例3一束白光從頂角為的三棱鏡的一邊以較大的入射角i射入并通過該鏡后，在屏p上可得到彩色光帶，如圖5所示，在入射角i逐漸減小

7、到零的過程中，假如屏上的彩色帶先后全部消失，則 ()a紅光最先消失，紫光最后消失b紫光最先消失，紅光最后消失c紫光最先消失，黃光最后消失d紅光最先消失，黃光最后消失圖圖5解析作出白光的折射光路圖，如圖6所示，可看出白光從ab射入三棱鏡后，由于紫光偏折大，從而到達(dá)另一側(cè)面ac時的入射角較大，因紫光折射率大，sinc ，因而其全反射的臨界角最小，故隨著入射角i的減小，進(jìn)入三棱鏡后的各色光中紫光首先發(fā)生全反射不從ac面射出，以后依次是靛、藍(lán)、綠、黃、橙、紅，逐漸發(fā)生全反射而不從ac面射出則選項b正確答案b圖圖6題后反思：分析不同色光的折射問題時：(1)應(yīng)從折射率大小關(guān)系入手，根據(jù)折射定律，正確畫出各

8、色光的折射示意圖是判斷此類問題的基礎(chǔ)，同時也便于觀察二次折射(或反射)的入射角(2)正確推導(dǎo)在同一種介質(zhì)中色光的臨界角的關(guān)系，是解決此類問題的關(guān)鍵abc為一全反射棱鏡，它的主截面是等腰直角三角形，如圖7所示一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上發(fā)生全反射，若光線入射點(diǎn)o的位置保持不變，改變光線的入射方向(不考慮自bc面反射的光線)則：圖圖7(1)使入射光按圖中所示的順時針方向逐漸偏轉(zhuǎn)，如果有色光射出ab面，則哪種色光首先射出？(2)使入射光按圖中所示的逆時針方向逐漸偏轉(zhuǎn)，哪種色光首先射出ab面？解析：(1)白光垂直入射ac面后直射到ab面，入射角為45，發(fā)生全反射說明棱鏡的臨界角c45，這是對

9、從紅光到紫光的所有色光說的當(dāng)入射光順時針偏轉(zhuǎn)時，在ac面上發(fā)生色散，不同色光折射不同，紅光偏折小，紫光偏折大，如圖8所示，射到ab面上時紅光入射角小，紫光入射角大，但它們都小于45.另一方面，棱鏡對紅光的臨界角比紫光的臨界角大因此，入射光順時針逐漸偏轉(zhuǎn)時，在ab面上紅光的入射角將首先小于臨界角而射出ab面(2)如果入射光逆時針偏轉(zhuǎn)，則經(jīng)ab面上的紅光、紫光的入射角都大于45，都發(fā)生全反射而不可能從ab面射出答案：(1)紅光(2)都不能射出ab面圖圖81(2008廣東高考)光纖通信中，光導(dǎo)纖維傳遞光信號的物理原理是利用光的_現(xiàn)象要發(fā)生這種現(xiàn)象，必須滿足的條件是：光從光密介質(zhì)射向_，且入射角等于或

10、大于_解析：光導(dǎo)纖維利用光全反射原理傳遞光信號，在全反射中，光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角答案：全反射光疏介質(zhì)臨界角圖圖9 答案：答案：b3在桌面上有一倒立的玻璃圓錐，其頂點(diǎn)恰好與桌面接觸，圓錐的軸(圖中虛線)與桌面垂直，過軸線的截面為等邊三角形，如圖10所示有一半徑為r的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上，光束的中心軸與圓錐的軸重合已知玻璃的折射率為1.5，則光束在桌面上形成的光斑半徑為 ()ar b1.5rc2r d2.5r圖圖10 圖圖11答案：答案：c4(2009全國卷)一玻璃磚橫截面如圖12所示，其中abc為直角三角形(ac邊未畫出)，ab為直角邊，abc45；adc為一圓弧，其圓心在bc邊的中點(diǎn)此玻璃的折射率為1.5.p為一貼近玻璃磚放置的、與ab垂直的光屏若一束寬度與ab邊長度相等的平行光從ab邊垂直射入玻璃磚，則()圖圖12a從bc邊折射出一束寬度與bc邊長度相等的平行光b屏上有一亮區(qū)，其寬度小于ab邊的長度c屏上有一亮區(qū)，其寬度等于ac邊的長度d當(dāng)屏向遠(yuǎn)離玻璃磚