第4章 第3、4节 光的全反射 光导纤维及其应用(Word教参)-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第一册（鲁科版2019）

第3、4节　光的全反射　光导纤维及其应用 核心素养导学 物理观念 (1)知道全反射现象，理解光疏介质、光密介质和临界角的概念。 (2)知道光导纤维和光纤通信。 科学思维 (1)掌握全反射产生的条件，能画出全反射光路图，解决全反射问题。 (2)了解全反射棱镜在各方面的应用。 (3)会分析光导纤维问题。 科学态度与责任 体会光学技术在生产、生活和科学技术上的应用，培养将所学知识应用于生产和生活中的意识。 一、全反射及其产生条件 1．光疏介质和光密介质的概念 两种不同的介质，折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质。 2．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。 (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。 3．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。 4．临界角与折射率的关系：sin C＝。 (1)不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越容易发生全反射。 (2)相对于相同两种介质的界面，紫光的临界角最小、红光的临界角最大。　　 二、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景。 3．全反射棱镜 (1)形状：截面为等腰直角三角形的棱镜。 (2)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°。 (3)当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边的界面上各发生一次全反射，使光的传播方向改变了180°。 (4)全反射棱镜的反射性能比镀银的平面镜更好。 三、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石英玻璃丝，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，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。 3．应用 光纤通信中先将传送的信息转换为信号，利用光纤把信号传输到接收端，接收端再将光信号还原为原信息。 4．主要优点 容量大、能量损耗小、抗干扰能力强、保密性好等。 1．图甲中荷叶上晶莹透亮的小水珠、图乙中水里的小气泡、图丙中玻璃玩具里的小气泡看上去格外明亮，这种现象属于光的全反射现象，试判断甲、乙、丙三图中光疏介质和光密介质。 图例 光疏介质 光密介质 甲 空气 水 乙 气泡中的空气 水 丙 气泡中的空气 玻璃 2．如图，让光沿着半球形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。逐渐增大入射角，你会观察到什么现象？ 提示：入射角逐渐增大时，反射光变强，折射光变弱，当入射角增大到一定程度时，折射光完全消失，发生全反射现象。 3．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，其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n＝1.5的玻璃全反射棱镜。试在虚线框内画出全反射棱镜。 提示： 4.如图，内芯的折射率为n1，外套的折射率为n2。 (1)光线在内芯和外套的界面上发生了什么现象？ (2)n1和n2的大小存在什么关系？ 提示：(1)发生了光的全反射现象。 (2)n1＞n2。 新知学习(一)|对全反射现象的理解 [任务驱动] 提示：(1)入射角大于或等于临界角。 (2)入射角小于临界角。　　　　 [重点释解] 1．对光疏介质和光密介质的理解 (1)光疏介质和光密介质的比较 光的传播速度 折射率 光疏介质 大 小 光密介质 小 大 (2)相对性：光疏介质、光密介质是相对的，任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质。 (3)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，与它的密度大小无关。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质。 2．全反射现象 (1)全反射的条件 ①光由光密介质射向光疏介质。 ②入射角大于或等于临界角。 (2)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用。 [典例体验] [典例]　(2021·全国乙卷)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路。O和O′分别是入射点和出射点，如图(a)所示。测得玻璃砖厚度为h＝15.0 mm；A到过O点的法线OM的距离AM＝10.0 mm，M到玻璃砖的距离MO＝20.0 mm，O′到OM的距离为s＝5