第四章 第3节&第4节 光导纤维及其应用-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步核心辅导与测评（鲁科版）

第3节　光的全反射 第4节　光导纤维及其应用 核心素养要求 核心素养呈现 1.知道什么是光疏介质和光密介质，认识全反射现象，知道临界角的概念. 2.掌握全反射的条件，能应用全反射条件解决有关问题. 3.了解全反射棱镜和蜃景现象. 4.初步了解光导纤维的工作原理和光纤在生产、生活中的应用. 　全反射及其产生条件 1．全反射：光从某种介质入射到空气中时，折射角大于入射角，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介质内．这种现象称为全反射现象，简称全反射． 2．临界角：刚好发生全反射(即折射角变为90°)时的入射角，称为全反射的临界角． 公式：sin C＝. 3．光疏介质和光密介质 对两种不同的介质，折射率较小的介质叫作光疏介质，折射率较大的介质叫作光密介质． 4．发生全反射的条件：光由光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角． (1)水的密度大于酒精的密度，水是光密介质．(×) (2)光从水中射入空气中时一定能发生全反射．(×) (3)光从玻璃射入水中时一定发生全反射．(×) (4)水或玻璃中的气泡看起来特别亮，因为发生了全反射．(√) 　全反射现象 1．解释全反射现象 (1)鱼缸中上升的气泡亮晶晶的，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，人们逆着反射光看去，就会看到远处物体的倒景． 2．全反射棱镜 (1)形状：截面为等腰直角三角形的棱镜． (2)光学特性 ①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°，如图所示． ②当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边上各发生全反射，光射出棱镜时，传播方向改变了180°，如图所示. 能否用折射率为1.25的透明材料制成截面为等腰直角三角形的全反射棱镜？ 提示：不能．若n＝1.25，由sin C＝可知临界角C＝53°，光垂直射入棱镜时，在界面上的入射角为45°，小于临界角，不会发生全反射，所以不能用这种材料制造全反射棱镜． 　光导纤维的应用 1．光导纤维的工作原理 (1)光导纤维：把石英玻璃拉成直径几微米到几十微米的细丝，再包上折射率比它小_的材料，就制成了光导纤维，简称光纤． (2)传导原理：光纤一般由折射率较高的玻璃内芯和折射率较低的外层透明介质组成．光在光纤内传播时，由光密介质(n1)入射到光疏介质(n2)，若入射角i≥C，光会在光纤内不断发生全反射． 2．光纤通信 (1)光纤通信中先将传送的信息转换为光信号，通过光纤将光信号传输到接收端；接收端再将光信号还原为原信息． (2)光纤网是信息社会的重要基石，“光纤到户”_是信息社会的重要标志． (1)光纤一般由折射率小的玻璃内芯和折射率大的外层透明介质组成．(×) (2)光在光纤中传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射．(√) (3)光纤通信的主要优点是容量大．(√) 　对全反射的理解 [思 考 探 究] (1)如图所示，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上．逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化．在入射角逐渐增大时，折射角的大小及反射光线和折射光线的亮度如何变化？ 提示 ：逐渐增大入射角，会看到折射光线离法线越来越远，折射角逐渐增大．折射光线越来越弱，反射光线越来越强．当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射光线． (2)若光由空气射入玻璃，当入射角增大时，是否能够发生全反射现象？ 提示： 不能，光只能从折射率较大的介质射入折射率较小的介质时，才能发射全反射现象． (3)以上玻璃和空气两种介质，哪一种是光疏介质？哪一种是光密介质呢？ 提示：玻璃相对于空气是光密介质；空气相对于玻璃是光疏介质． [思 维 深 化] 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． 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． (3)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，即折射光线能量减小，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． 　直角棱镜的折射率n＝1.5，其横截面如图