第三节 光的全反射与光纤技术（教学课件）物理粤教版选择性必修第一册

第4节 光的全反射与光纤技术 第四章 光及其应用 粤教版选择性必修一 课堂引入 壹 课堂练习 叁 课堂总结 肆 目录 知识讲解 贰 课堂引入 第一部分 壹 一、课堂引入 【问题思考】光从空气斜射入水、玻璃等折射率较大的介质时，折射角总是小于入射角。由于光路可逆，当光从水、玻璃等介质射入空气时，折射角则会大于入射角。当入射角增大到某一角度时，折射角将达到90o，此时如果继续增大入射角，将会出现什么情况呢？ 知识讲解 第二部分 贰 光的全反射现象 光导纤维的工作原理及光纤技术的实际应用 一、光的全反射 （1）光疏和光密介质的定义 不同的介质折射率不同，我们把折射率小的介质称为光疏介质，折射率大的称之为光密介质； （2）光疏介质和光密介质的比较 1. 光疏介质和光密介质 折射率 光的传播速度（） 折射特点 光疏介质 小 大 由n1sini=n2sinr可知： ①光从光疏介质射入光密介质（如从空气射入水中），折射角小于入射角； ②光从光密介质射入光疏介质（如从水中射入空气中），折射角大于入射角 即：光疏介质中的角度大于光密介质中的角度； 光密介质 大 小 由n1sini=n2sinr可知： ①光从光疏介质射入光密介质（如从空气射入水中），折射角小于入射角； ②光从光密介质射入光疏介质（如从水中射入空气中），折射角大于入射角 即：光疏介质中的角度大于光密介质中的角度； 光的全反射演示实验 结论：如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远、而且越来越弱，反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光。 一、光的全反射 （1）定义 当光从光密介质斜射入光疏介质时，入射光线全部被反射会光密介质中，这种现象叫做光的全反射； （2）临界角：折射角等于90°时的入射角，记作ic 。 由光的可逆性可知： （3）光发生全反射的两个必要条件： ①光线从光密介质射入光疏介质； ②入射角大于或等于临界角ic 2. 全反射现象 介质折射率越大，临界角越小 一、光的全反射 （4）对全反射的理解 ①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。 ②从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大。同时折射光线强度减弱，能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。 2. 全反射现象 一、光的全反射 （1）水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是因为光射到气泡上发生了全反射； （2）熏黑的铁球放人水中,看起来会变得特别亮,是由于光射到球和水面之间的空气层发生了全反射。 （3）海市蜃楼和沙漠蜃景都是由光的全反射形成的； （4）炎热的夏天,在公路上向远处看去,有时路面显得格外明亮光滑,就像被水淋过一样,这也是种蜃景。 3. 全反射现象解释 一、光的全反射 【典例1】如图所示，一个半径为R的半球形玻璃砖，O为球心，AB为直径，玻璃的折射率为n＝。 (1)一束细光线从AB上O′点沿垂直底面向上射入半球形玻璃砖，OO′＝R，求此光线在玻璃砖中的射出点到O点的距离； (2)一束平行光从下表面沿垂直底面向上射入玻璃砖，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束的最大横截面积为多少？ 一、光的全反射 解析　(1)设全反射的临界角为iC，由全反射条件有sin iC＝解得iC＝45° 设光线从O′点射入后，在上表面的入射角为α，由几何关系得α＝60°>iC 所以光线在玻璃砖内会发生全反射，光路如图甲所示，由反射定律和几何关系可得: OG＝OO′＝R射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达O′点射出。 (2)在O点右侧取一点E，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于临界角iC，则半径为r＝OE的圆形区域内的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图乙所示，由几何关系有r＝OE＝Rsin iC，解得r＝R 入射光束的最大横截面积为S＝πr2＝。 1. 构造及传播原理 （1）构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1～100 μm，如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率。 （2）传播原理：光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出，光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像。 二、光导纤维的工作原理及光纤技术的实际应用 用水柱导光现象解释光纤导光原理 二、光导纤维的工作原理及光纤技术的实际应用 【物理情景】 激光笔射入光纤管 3.光纤的应用 携带着数码信息、电视图像、声音等的光信号沿着光纤传输到很远的地方