4.6～4.7 全反射与光导纤维 激光-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（沪科版选修3-4）

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． 1．光疏介质和光密介质 折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质．光疏介质与光密介质是相对的． 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90°，这时的入射角叫做临界角． (2)全反射现象：当光线由光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于临界角，就发生全反射现象，也叫做全内反射． 3．全反射的应用 (1)全反射棱镜：截面为等腰直角三角形的棱镜，利用全反射改变光路． (2)光导纤维：由折射率较大的内层纤芯和折射率较小的外面包层组成，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：激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 　　　光纤通信 平行度：激光的平行度非常好，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：它可以在很小的空间和很短的时间内聚集很大的能量 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 一、全反射 [导学探究][来源:学科网] 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　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． [知识深化] 1．光疏介质和光密介质[来源:学.科.网Z.X.X.K] 　　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)光从光密介质射至光疏介质时，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，C＝arcsin . (2)全反射发生的条件 ①光从光密介质射至光疏介质． ②入射角大于或等于临界角． (3)全反射现象中能量分配关系 ①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． ②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(　　) 图2[来源:学科网] 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 答案　ACD[来源:学.科.网] 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？