4.3 光的全反射与光纤技术 导学案 -2024-2025学年高二上学期物理粤教版（2019）选择性必修第一册

《光的全反射与光纤技术》导学案 【学习主题】 粤教版高中物理选择性必修一第四章 【设计者】 高中物理备课组：陈泽云 【学习目标】 1.知道全反射的条件，掌握临界角的概念 2.理解并掌握光导纤维的工作原理 3.了解光纤技术的应用 【课程引入】 观察：现实中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？ 【新课讲授】 任务一、光的全反射 老师演示光从玻璃进入空气的实验，随着入射角的增大同学们观察总结出现的实验现象. 随着入射角的逐渐增大的过程中： 1.反射角逐渐 ，折射角逐渐 ； 2.反射光线亮度逐渐 ，折射光线亮度逐渐 ； 3.当入射角增大到某一角度时，折射光线 ，所有光线全部 。 1. 全反射的定义：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。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（能量减少），反射光却越来越强（能量增加）。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，这种现象叫作全反射。 2.临界角：折射角等于90°时的入射角叫做临界角，用C 表示。 光从折射率为n的某种介质射到空气(或真空)时的临界角C 就是折射角等于90°时的入射角，根据折射定律可得： 介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。水的临界角为48.8°，各种玻璃的临界角为32°~ 42°，金刚石的临界角为24.4°。 ★★★发生全反射的条件： ①光从光密介质进入光疏介质； ②入射角等于或大于临界角。 例1 如图所示,某种透明物质制成的直角三棱镜ABC,∠A等于30°,一束光线在纸面内垂直AB边射入棱镜。如图所示,发现光线刚好不能从BC面射出,而是最后从AC面射出。求: (1)透明物质的折射率n; (2)光线从AC面射出时的折射角α的正弦值。 任务二、光纤技术 1、光导纤维：简称光纤，它能把光（信号）从光纤的一端远距离传输到另一端。 2.光导纤维的构造及传播原理：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径只有1~100 μm。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,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输光,光信号又可以转换成电信号,进而变为声音、图像以及各种数字信号。如果把许多(上万根)光导纤维合成一束,并使两端的纤维按严格相同的次序排列,就可以传输图像。 3.光纤技术的实际应用 光纤通信：容量大、衰减小、抗干扰性强。 例2华裔科学家高锟被誉为“光纤通信之父”。光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维,它的结构如图所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是(　　) A.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 B.内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 C.波长越短的光在光纤中传播的速度越大 D.频率越大的光在光纤中传播的速度越大 例3如图所示,AB为一直光导纤维,AB之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维内芯与外套的界面上恰好发生全反射,由A点传输到B点所用时间为t,求光导纤维所用材料的折射率n。 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$