4.3 光的全反射与光纤技术 课件-2023-2024学年高二上学期物理粤教版（2019）选择性必修第一册

第四章 光及其应用 粤教版 选择性必修一 第三节 光的全反射与光纤技术 1 新课导入 水中和玻璃中的气泡，还有叶子上的露珠看起来特别明亮，这是为什么呢？ 水中的气泡看上去特别明亮 晶莹剔透的露珠 知识回顾 （介质的绝对折射率） 从真空/空气入射 从一种介质入射到另一种介质 一、光的全反射现象 （一）光密介质和光疏介质 1.光密介质：折射率较大的介质。 2.光疏介质：折射率较小的介质。 （1）光疏介质和光密介质是相对的 （2）“疏”、“密”不是指密度 注意： 物质 折射率 水 1.33 酒精 1.36 玻璃 1.50 密度 1 g/cm3 0.97 g/cm3 2.5 g/cm3 酒精是光密介质 酒精是光疏介质 4 一、光的全反射现象 （一）光密介质和光疏介质 光由光疏介质射入光密介质折射角小于入射角 空气 玻璃 光由光密介质射入光疏介质折射角大于入射角 折射率n1 折射率n2 空气 玻璃 O 折射率n1 折射率n2 O 既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。可以预料，当入射角增大到一定程度，但还没有达到900时，折射角就会增大到900。如果入射角再增大，会出现什么现象？ 思考与讨论 5 （1）折射角逐渐 ； （2）折射光线亮度逐渐 ； （3）反射角逐渐 ； （4）反射光线亮度逐渐 ； （5）当入射角增大到某一角度时， 折射光线 ，所有光线全部反射。 观察实验现象后回答，光由光密介质射入光疏介质时， 随着入射角的逐渐增大的过程中： 6 7 （1）折射角逐渐 ； （2）折射光线亮度逐渐 ； （3）反射角逐渐 ； （4）反射光线亮度逐渐 ； （5）当入射角增大到某一角度时， 折射光线 ，所有光线全部反射。 观察实验现象后回答，光由光密介质射入光疏介质时， 随着入射角的逐渐增大的过程中： 增大 减弱 增大 增强 消失 8 一、光的全反射现象 （二）全反射 1.定义： 当光从光密介质射入光疏介质，入射角增大到某一角度,使折射角达到900时,折射光完全消失,只剩下反射光,这种现象叫做全反射 临界角 折射角等于900时的入射角 刚刚(刚好)发生全反射时的入射角 9 一、光的全反射现象 （二）全反射 1.定义： 当光从光密介质射入光疏介质，入射角增大到某一角度,使折射角达到900时,折射光完全消失,只剩下反射光,这种现象叫做全反射 临界角:折射角等于90°时的入射角（刚好发生全反射） 2.发生全反射的条件： 3.折射率与临界角的关系：（光由介质射入真空中） ①光从光密介质射入光疏介质 ②入射角大于或等于临界角 n越大，临界角越小，也就越容易发生全发射 10 一、光的全反射现象 （三）生活中的全反射现象 水中或玻璃中的气泡，看起来特别明亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故。 从水射到空气时，由密到疏，发生全反射 11 二、光的全反射应用实例 （一）光导纤维 现象：光沿着弯曲的玻璃棒转弯 【观察与思考】 演示：激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃棒的一端，观察光传播的路径有什么特点。 原因：当光在玻璃棒内传播时，如果从玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。这就是光导纤维导光的原理。 12 二、光的全反射应用实例 （一）光导纤维 光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到几百微米之间，由内芯与外套两层组成．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。 13 二、光的全反射应用实例 （一）光导纤维 把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列的相对位置相同，图像就可以从一端传到另一端了。 载有声音、图像以及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，实现光纤通信。 14 二、光的全反射应用实例 （一）光导纤维 光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部 内窥镜的结构 光导纤维在医学上的应用 15 二、光的全反射应用实例 （二）水流导光 水流导光：光在水的内表面发生多次全反射 16 二、光的全反射应用实例 （三）全反射棱镜 当光线由AB面垂直入射时： 横截面是等腰直角三角形的棱镜 当光线由AC面垂直入射时： 变化900 A B C C B A 在AC面发生全反射，垂直于BC面射出． 在AB、 BC面发生两次全反射，垂直于AC面射出． 变化1800 优点： （1）反射率高，几乎可达100%； （2）因反射面不必涂敷任何反射物质，故反射时失真小。