4.2 全反射 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第四章 光 第2节 全反射 光纤通信(光缆) 全反射棱镜 课堂引入 思考2：桶内的水珠特别明亮，为什么？ 思考1：水中的气泡看上去特别明亮，为什么？ 1.光疏介质：折射率较小的介质（光在光疏介质中传播速度相对较大）。 2.光密介质：折射率较大的介质（光在光密介质中传播速度相对较小）。 一、光疏介质和光密介质 特别提醒： 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。如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比,酒精是光密介质。 光疏和光密是相对的 光由光密介质射入光疏介质时入射角与折射角有什么关系？ 一、光疏介质和光密介质 折射角大于入射角 思考：光由光密介质进入光疏介质时，如果入射角不断增大，使折射角增大到90º 时，会出现什么现象？ 全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，入射角逐渐增大到某一角度，光线全部被反射回原光密介质的现象。 临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于900角时的入射角叫做临界角。用C表示。 二、全反射棱镜 玻璃棱镜的截面为等腰直角三角形，当光从图中所示的方向射入玻璃时，由于光的方向与玻璃面垂直，光线不发生偏折。但在玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，入射角大于临界角，发生全反射。与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达 100%。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向。 双筒望远镜中的全反射棱镜 自行车尾灯 三、光导纤维 1966 年，33 岁的华裔科学家高锟提出：光通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输大量信息。高锟因此获得 2009 年诺贝尔物理学奖。根据这一理论制造的光导纤维（optical fiber）已经普遍应用到通信领域。这其中就用到了全反射原理。 高锟（1933-2018） 当光在有机玻璃棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在有机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。 实用光导纤维的直径只有几微米到一百微米。因为很细，一定程度上可以弯折。它由内芯和外套两层组成，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 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。 实际的内窥镜装有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明，另一组把体内的图像传出供医生观察。 光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信。光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强。一路光纤的传输能力理论值为二十亿路电话，一千万路电视。虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的。 D 【例1】某种介质对空气的折射率是 ，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质) 【例1】(多选)如图所示，一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖，下列说法正确的是 A．只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖 B．只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖 C．通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折 D．圆心两侧一定范围外的光线将在曲面发生全反射 BCD 【例2】一束光以45°的入射角从AB面射入如图所示的透明三棱镜中，棱镜折射率n＝ .试求进入AB面的折射角，并在图中画出该光束在棱镜中的光路. 解析　设光由AB面上的O点射入，由折射定律得， 设光线射到AE面上的D点，由几何关系得OD∥BE， 由几何知识可知光线在AE面上的入射角为θ＝45°. 因为θ＝45°，故光线在AE面上发生全反射，由几何知识可知，光线将垂直BE面射出，其光路图如图所示. A [针对训练3]如图所示为单反照相机取景器的示意图，五边形ABCDE为五棱镜的一个截面，AB⊥BC.光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出．若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是 [例4]如图所示，一根长l＝5.0 m的光导纤维用折射率n＝ 的材料制成．一束激光由其左端的中心点以45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出，则： (1)该激光在光导纤维中的速度v是多大？ (2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？ Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 $$