全反射與光導(dǎo)纖維-完整版獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、4.6 全反射與光導(dǎo)纖維學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1.知道光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)、全反射、臨界角的概念 2能判定是否發(fā)生全反射，并能分析解決有關(guān)問題 3了解全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維重點(diǎn)難點(diǎn)：全反射、臨界角的概念和全反射的條件是重點(diǎn)，應(yīng)用全反射分析解題是難點(diǎn)核心突破一、研究光的全反射現(xiàn)象1光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的概念兩種不同的介質(zhì)，折射率較小的介質(zhì)叫做_介質(zhì)，折射率較大的介質(zhì)叫做_介質(zhì)2全反射現(xiàn)象(1)全反射及臨界角的概念全反射：光從_介質(zhì)射入_介質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角增大到超過某一角度時(shí)，折射光線完全消失，全部光線都被反射回光密介質(zhì)的現(xiàn)象光疏光密光密光疏課前自主學(xué)習(xí)臨界角：剛好發(fā)生全反射(即_等于90)時(shí)的_用字母C表示(2)

2、全反射的條件光從_介質(zhì)射入_介質(zhì)入射角_臨界角(3)臨界角與折射率的關(guān)系折射角入射角光密光疏大于等于小容易越大越小容易二、全反射現(xiàn)象的應(yīng)用 1解釋全反射現(xiàn)象(1)水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，是由于光射到氣泡上發(fā)生了_(2)在沙漠里，接近地面的熱空氣的折射率比上層空氣的折射率_，從遠(yuǎn)處物體射向地面的光線的入射角_時(shí)發(fā)生_，人們就會(huì)看到遠(yuǎn)處物體的倒影全反射小大于臨界角全反射2全反射棱鏡(1)形狀：截面為_三角形的棱鏡(2)光學(xué)特性當(dāng)光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時(shí)，光在截面的斜邊上發(fā)生_，光射出棱鏡時(shí)，傳播方向改變了_.當(dāng)光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時(shí)，在兩個(gè)直角邊上各發(fā)生一次_，使光的傳播方向改變

3、了_.全反射棱鏡的反射性能比鍍銀的平面鏡_等腰直角全反射90全反射180更好三、光纖及其應(yīng)用1光纖的構(gòu)造光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)是非常細(xì)的特制玻璃絲，直徑從幾微米到幾十微米之間，由內(nèi)芯和外層透明介質(zhì)兩層組成內(nèi)芯的折射率比外套的_，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生_2光纖的原理：利用了_原理3光纖在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用醫(yī)學(xué)上把光纖束制成內(nèi)窺鏡，檢查人體胃、腸、氣管等器官的內(nèi)部利用光纖，還可以把激光導(dǎo)入人體內(nèi)做腫瘤切除手術(shù)大全反射全反射4光纖通信光纖通信先將_信號(hào)轉(zhuǎn)換為_信號(hào)，利用光纖把_信號(hào)輸出；到接收端再將光信號(hào)還原為聲音信號(hào)光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)：_大、能量損耗小、_強(qiáng)，保密性好等聲音光光容量抗干擾能力一、

4、對(duì)全反射的理解1光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的相對(duì)性：兩種介質(zhì)在不同的比較中結(jié)果可能不同，如水、水晶和金剛石水晶對(duì)水來說是光密介質(zhì)，但對(duì)金剛石來說是光疏介質(zhì)核心要點(diǎn)突破2全反射現(xiàn)象中的能量分配入射光、反射光、折射光的方向變化及能量分配關(guān)系： (1)折射角隨著入射角的增大而增大； (2)折射角增大的同時(shí)，折射光線的強(qiáng)度減弱，即折射光線的能量減小，亮度減弱，而反射光線的強(qiáng)度增強(qiáng)，能量增大，亮度增加； (3)當(dāng)入射角增大到某一角度(即臨界角)時(shí)，折射光線能量減弱到零(即折射角為90)，入射光的能量全部反射回來，這就是全反射現(xiàn)象圖461二、全反射的應(yīng)用1光導(dǎo)纖維(1)作用：傳遞聲音、圖像

5、及各種數(shù)字信號(hào)(2)原理：光的全反射(3)構(gòu)造特點(diǎn)：雙層，外層材料的折射率比里層材料的折射率小(4)優(yōu)點(diǎn)：容量大、衰減小、抗干擾能力強(qiáng)(5)實(shí)際應(yīng)用：光纖通信、醫(yī)用胃鏡等2全反射棱鏡： 橫截面成等腰直角三角形的三棱鏡在玻璃內(nèi)部，光射向玻璃與空氣界面時(shí)，入射角大于臨界角，發(fā)生全反射與平面鏡相比，它的反射率高，幾乎可達(dá)100%，由于反射面不涂敷任何反光物質(zhì)，所以反射失真小選擇適當(dāng)?shù)娜肷潼c(diǎn)，可以使入射光線經(jīng)過全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)90或180，如圖462甲、乙所示圖462即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)2.空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖463所示方框

6、內(nèi)有兩個(gè)折射率n1.5的玻璃全反射棱鏡下面給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖，其中能產(chǎn)生該效果的是()圖463圖464解析：選B.四個(gè)選項(xiàng)產(chǎn)生光路效果如圖所示：由圖可知B項(xiàng)正確應(yīng)用全反射解釋自然現(xiàn)象1對(duì)“海市蜃樓”的解釋由于空中大氣的折射和全反射，會(huì)在空中出現(xiàn)“海市蜃樓”在海面平靜的日子，站在海濱，有時(shí)可以看到遠(yuǎn)處的空中出現(xiàn)了高樓聳立、街道棋布、山巒重疊等景象這種景象的出現(xiàn)是有原因的當(dāng)大氣層比較平靜時(shí)，空氣的密度隨溫度的升高而減小，對(duì)光的折射率也隨之減小，海面上空的空氣溫度比空中低，空氣的折射率下層比上層大我們可以粗略地把空中的大氣分成許多水平的空氣層，如圖465所示，下層的折射率較大拓展圖46

7、5遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光線射向空中時(shí)，不斷被折射，射向折射率較低的上一層的入射角越來越大，當(dāng)光線的入射角大到臨界角時(shí)，就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象光線就會(huì)從高空的空氣層中通過空氣的折射逐漸返回折射率較高的下一層在地面附近的觀察者就可以觀察到由空中射來的光線形成的虛像這就是海市蜃樓的景象如圖466所示圖4662對(duì)沙漠上、柏油路上的蜃景的解釋在沙漠里也會(huì)看到蜃景，太陽照到沙地上，接近沙面的熱空氣層比上層空氣的密度小，折射率也小從遠(yuǎn)處物體射向地面的光線，進(jìn)入折射率小的熱空氣層時(shí)被折射，入射角逐漸增大，也可能發(fā)生全反射人們逆著反射光線看去，就會(huì)看到遠(yuǎn)處物體的倒景(圖467)，仿佛是從水面反射出來的一樣沙漠里的行人常

8、被這種景象所迷惑，以為前方有水源而奔向前去，但總是可望而不可及沙漠里的蜃景圖467在炎熱夏天的柏油馬路上，有時(shí)也能看到上述現(xiàn)象貼近熱路面附近的空氣層同熱沙面附近的空氣層一樣，比上層空氣的折射率小從遠(yuǎn)處物體射向路面的光線，也可能發(fā)生全反射，從遠(yuǎn)處看去，路面顯得格外明亮光滑，就像用水淋過一樣3水或玻璃中的氣泡為何特別明亮由圖468可知，也是光線在氣泡的表面發(fā)生全反射的結(jié)果圖468類型一 全反射中折射率、臨界角、波速、波長(zhǎng)及頻率的關(guān)系 例 1 已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為，則()A該介質(zhì)對(duì)此單色光的折射率等于1/sinB此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于光在真空中傳播速度的sin倍C此單色光在該介質(zhì)中

9、的頻率是在真空中頻率的sin倍D此單色光在該介質(zhì)中的波長(zhǎng)是在真空中波長(zhǎng)的sin倍課堂互動(dòng)練習(xí)【答案】ABD變式訓(xùn)練1有三種均勻透明介質(zhì)A、B、C，已知介質(zhì)A對(duì)介質(zhì)B來說是光疏介質(zhì)，介質(zhì)B對(duì)介質(zhì)C來說是光密介質(zhì)，介質(zhì)C對(duì)介質(zhì)A來說是光疏介質(zhì)，同一束單色光在三種介質(zhì)中的傳播速度分別為vA、vB、vC.三種介質(zhì)對(duì)同一單色光的折射率分別為nA、nB、nC，同一束光由三種介質(zhì)射入真空時(shí)的臨界角分別為CA、CB、CC，(1)比較nA、nB、nC的大小關(guān)系；(2)比較vA、vB、vC的大小關(guān)系；(3)比較CA、CB、CC的大小關(guān)系答案：(1)nCnAvAvB(3)CCCACB類型二 全反射的應(yīng)用圖469【自主解答】如圖4610所示，過O點(diǎn)作與MN成45角的半徑，沿該半徑方向入射的光線AO，剛好與圓柱面垂直，不發(fā)生折射，沿直線射到O點(diǎn)，它與過O點(diǎn)的法線夾角剛好等于臨界角45，故AO光線是剛好能發(fā)生全反射的臨界光線圖4610【方法總結(jié)】從上題中看到解決全反射問題的關(guān)鍵：(1)準(zhǔn)確熟練地作好光路圖；(2)抓住特殊光線的分析，如圖中的光線A、C.求光線照射的范圍時(shí)，關(guān)鍵是如何找出邊界光線如果發(fā)生全反射，剛能發(fā)生全反射時(shí)的臨界光線就是一個(gè)邊界光線，而另一光線要通過分析找出變式訓(xùn)練2如圖4611所示，一段橫截面為正方形的玻璃棒，中間部分彎成四分之一圓弧形狀