第4章 第3节第4节 光导纤维及其应用-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019）

第3节　光的全反射 第4节　光导纤维及其应用 【核心素养目标】 物理观念 光疏介质、光密介质、全反射及临界角。 科学思维 通过实验总结物理规律。 科学探究 探究全反射发生的条件、光导纤维的工作原理。 科学态度与责任 能利用折射及全反射条件解释日常生活中的沙漠蜃景和海市蜃楼等现象及光纤通信。 一、全反射及其产生条件 1．全反射的定义：光从玻璃入射到空气中时，折射角大于入射角，当入射角逐渐增大到一定程度时，折射光完全消失，全部光被反射回玻璃内，这种现象称为全反射现象，简称全反射。 2．临界角：刚好发生全反射时的入射角，称为全反射的临界角。 3．临界角与折射率的关系：光从折射率为n的某种介质进入真空或空气时的临界角C应满足：＝， 即sin C＝。 4．光疏介质和光密介质：对两种不同的介质，折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质。 5．发生全反射的条件 (1)光由光密介质射入光疏介质； (2)入射角大于等于临界角。 二、对全反射现象的解释 1．解释全反射现象 (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。 2．全反射棱镜 (1)全反射棱镜的截面为等腰直角三角形。 (2)全反射棱镜使光线方向改变90°：如图所示，当光垂直于AB射向棱镜时，光就会沿着入射方向进入棱镜，射到AC面上发生全反射，沿着垂直BC面的方向射出棱镜，使光的传播方向改变了90°。 　 (3)全反射使光线方向改变180°：如图所示，当光垂直于AC面射入棱镜时，在两个直角边的界面都会发生全反射，使光的传播方向改变了180°。 三、光导纤维及其应用 1．光导纤维的工作原理 (1)光纤的构造：把石英玻璃拉成直径几微米到几十微米的细丝，然后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)光导纤维的工作原理：内芯的折射率比外层的大，光传播时在内芯与外层的界面上发生全反射。 2．光纤通信 (1)光纤通信是光导纤维的一个重要应用。 (2)光纤通信中，先将传送的信息(如声信号)转换为光信号，用光纤传输光信号到接收端，接收端再将光信号还原为原信息。 (3)作用：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．判断正误 (1)两种介质相比较，折射率大的介质是光密介质。 (　　) (2)光密介质和光疏介质具有绝对性。 (　　) (3)光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射。 (　　) (4)光从气泡射入水中会发生全反射。(　　) (5)全反射棱镜可以使光的方向改变180°。(　　) (6)光垂直于全反射棱镜的直角边射入时，会发生两次全反射。(　　) (7)光导纤维内芯折射率比外套的折射率小。 (　　) (8)光在光导纤维中传播时会在内芯与外套的界面上发生全反射。 (　　) (9)容量大和抗干扰能力强都是光纤通信的优点。 (　　) 答案：　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×　(8)√　(9)√ 2．链接实景 图甲所示为荷叶上晶莹透亮的小水珠，图乙所示为玻璃玩具里看上去格外明亮的小气泡。请思考上述情境是什么原因造成的？ 提示：　是光的全反射现象。 知识点一　全反射问题的分析与计算 取一块半圆形玻璃砖，放到一个有角度刻度的圆盘上，使玻璃砖的圆心与圆盘的圆心重合，让光沿着半圆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，观察并比较甲、乙、丙三图中反射光线和折射光线有什么变化？ 　提示：　(1)随着入射角增大，反射角、折射角都增大；反射光越来越强，折射光越来越弱。 (2)图丙中折射光线消失，反射光与入射光的亮度几乎相同，发生了全反射现象。 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，并不是它的密度大小。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。 (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