第四章 第三节 光的全反射与光纤技术-【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（粤教版）

第三节　光的全反射与光纤技术 核心素养要求 核心素养呈现 1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念. 2.知道全反射现象，理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象. 3.了解光导纤维的工作原理，知道它们在生产、生活中的应用. 一、光的全反射现象 1．光密介质和光疏介质 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 折射 特点 光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角 光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角 2.全反射 (1)全反射现象：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，折射角达到90°时，折射光线就会消失，只剩下反射光线的现象． (2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角． (3)全反射临界角ic与折射率n的关系：光由介质射入空气(或真空)时，sin ic＝. (1)光从空气射入水中时可能发生全反射现象．(×) (2)密度大的介质就是光密介质．(×) (3)两种介质相比较，折射率大的介质是光密介质．(√) (4)光密介质和光疏介质具有绝对性．(×) 二、光导纤维 1．原理：利用了光的全反射． 2．构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由纤芯和包层两层组成．纤芯的折射率比包层的大，光传播时在纤芯与外层的界面上发生全反射． 3．光导纤维的应用——光纤通信 光纤通信就是把载有声音、图像和各种数字信号的激光从光纤的一端输入就可以传到千里以外的另一端． 4．主要优点：传输容量大、衰减小、抗干扰性强． (1)光纤通信的主要优点是容量大．(√) (2)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．(√) (3)光纤一般由折射率小的玻璃纤芯和折射率大的包层透明介质组成．(×) 　全反射的理解 [思 考 探 究] (1)仔细观察全反射现象演示实验，光由玻璃射入空气，当入射角增大时，反射光线和折射光线的位置和强度如何变化？ 提示：当入射角增大时，反射光线和折射光线与法线的夹角越来越大，反射光越来越强，折射光越来越弱．当折射角增大到90°时，若再增大入射角，折射光线会消失，只剩反射光线，反射光线的强度也不再发生变化， (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，光只有从折射率较大的介质射入折射率较小的介质时，才能发生全反射现象． [思 维 深 化] 1．光密介质和光疏介质 (1)光疏介质与光密介质的相对性：同种介质在不同的比较中结果可能不同，如水、水晶和金刚石，水晶对水来说是光密介质，但对金刚石来说是光疏介质． (2)光密介质和光疏介质与其密度的关系：不要把介质的疏密与介质的密度相混淆．密度大不一定是光密介质，密度小也未必是光疏介质，如水和酒精，水的密度大，但二者相比水是光疏介质；光密介质和光疏介质是相对的，介质密度的大小是绝对的．一般来说，同一种介质密度越大，对光的折射程度越大． (3)由v＝可知：光在光密介质中传播速度比在光疏介质中要小． 2．入射光线、反射光线、折射光线的方向变化及能量分配关系 (1)折射角随着入射角的增大而增大． (2)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，亮度增加． (3)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． 3．公式sin ic＝只适用于光由介质射向真空(或空气)时临界角的计算． 　直角棱镜的折射率n＝1.5，其横截面如图所示，图中∠C＝90°，∠A＝30°，截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上． (1)光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由； (2)不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值． 解析：(1)如图，设光线在D点的入射角为i，折射角为γ.折射光线射到BC边上的E点．设光线在E点的入射角为θ，由几何关系， 有θ＝90°－(30°－γ)>60°① 根据题给数据得sin θ>sin 60°>② 即θ大于全反射临界角，因此光线在E点发生全反射． (2)设光线在AC边上的F点射出棱镜，光线的入射角为i′，折射角为γ′，由几何关系、反射定律及折射定律，有 i＝30°③ i′＝90°－θ④ sin i＝nsin γ⑤ nsin i′＝sin γ′⑥ 联立①③④⑤⑥式并代入题给数据， 得sin γ′＝⑦ 由几何关系，γ′即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角． 答案：(1)光线在E点发生全反射　理由见解析 (2) 解答全反射问题的技巧 (1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于或等于临界角．