4.3 光的全反射与光纤技术 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

null有水槽装满了水，用激光照射到水槽的出口处。当我打开塞子的时候，激光会穿过水流吗？激光会穿过水流吗？没有穿过水流，而是激光通过水流一层一层全反射到达了水流的最低。大家注意看，在水流里面可以清晰的看到光产生了全反射。这就是我今天给大家分享的水流导光是领导和实验。 nullnull High School Physics 通过实例分析，知道什么是光疏介质和光密介质，理解它们具有相对性。 02 01 难点 知道光导纤维的工作原理及生产生活中的实际应用 03 通过演示实验观察全反射现象，理解临界角的概念和发生全反射的条件，会分析生活中常见的全反射现象 重点 早晨从某方向看植物叶子上的露珠格外璀璨 玻璃中的气泡从侧面看也是特别明亮 这是什么道理呢，通过本节课的学习，试解释其产生的原因？ 公司logo 公司logo 情境导入 光的全反射 01 观察实验现象并思考以下问题： (1)射向水与烟雾(空气)的界面的光是被反射回水中，还是进入了空气中，或者两种现象都存在？ 答案　两者现象都存在，被反射回水中发生反射且反射角等于入射角，从水进入空气过程中发生折射且折射角大于入射角。 公司logo 公司logo 观察与思考 (2)让激光从水中射向空气，不断增大入射角，可以观察到什么现象？ 答案　随着入射角不断增大，反射角也增大且反射光线亮度增大，进入空气的折射角也不断增大，但亮度减小。当入射角增大到某一角度时，折射光线会消失，只发生反射现象。 公司logo 公司logo 观察与思考 (3)让激光从空气射入水中，不断增大入射角，可以观察到什么现象？ 答案　随着入射角不断增大，反射角和折射角也不断增大，但折射角始终小于入射角，折射光线不会消失。 公司logo 公司logo 观察与思考 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，使折射角增大到90°的过程中，反射光线和折射光线会有怎样的变化？ 公司logo 公司logo 观察与思考 光的全反射 当光从折射率较大的介质(光密介质)射入折射率较小的介质(光疏介质)时，折射角大于入射角且随入射角增大而增大。当入射角达到一定角度，折射角变成90° 。继续增大入射角，折射角将大于90°。此时，入射光线全部被反射 回折射率较大的介质中，这种现象称为光的全反射。 全反射 当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射光线强度减弱，即折射光线能量减小，反射光线强度增强，能量增加； 当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，光全部返回原来的介质，反射光线的能量等于入射光线的能量。 公司logo 公司logo 核心知识 临界角 刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角，用字母ic 表示，光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin ic = 临界角 ★不同介质的临界角相同。 ★介质的折射率越大，全反射的临界角越小，越容易发生全反射。 ★光疏介质与光密介质是相对的。同一种介质相对于其他不同介质，可能是光疏介质，也可能是光密介质。 公司logo 公司logo 核心知识 临界角C 的大小： 临界角的正弦值： 玻璃 空气 (1)光从光密介质射入光疏介质 (2)入射角等于或大于临界角 全反射的 条件 光从折射率较小的介质进入折射率较大的介质时，折射角小于入射角 光从折射率较大的介质进入折射率较小的介质时，折射角大于入射角 公司logo 公司logo 核心知识 生活中的全反射现象 水中的气泡看上去特别明亮：光从水中射入气泡时，一部分光在分界面上发生了全反射. 晶莹剔透的露珠：光由水珠内部射向空气时，大部分光线发生了全反射，与折射出来的光线重叠交织在一起，所以看起来会比较亮。 公司logo 公司logo 核心知识 海市蜃楼(上现蜃景) 海面上下层空气温度差异 光线折射与全反射 光线返回地面 海面上下层空气温度不同，导致折射率存在差异。 远方物体发出的光线在不同温度的空气中折射并最终发生全反射。 经过全反射的光线再次射回地面，观察者因此看到光线来自空中。 公司logo 公司logo 核心知识 沙漠蜃景(下现蜃景) 接近地面的热空气比上层空气的密度小，折射率也小。 太阳照到沙地 01 当入射角大于临界角时全反射，逆光看时就会看到物体的倒景。 全反射现象 03 从远处射向地面的光，进入折射率较小的空气层时折射。 折射现象 02 公司logo 公司logo 核心知识 1.如表所示，分别列出了四种物质的折射率、密度，思考以下问题： 介质 水 酒精 玻璃 金刚石 折射率n 1.33 1.36 1.5～1.9 2.42 密度/×103 kg/m3 1.0 0.8 2.5～3.0 3.52 (1)四种介质相比较，密度大的介质一定是光密介质吗？试举例说明。 答案　不一定，光密介质和光疏介质具有相对性，折射率是反映介质光学性质的物理量，与介质的密度没有必然联系。如酒精的密度比水的密度小，但其折射率比水的折射率大，酒精相对于水是光密介质。 公司logo 公司logo 思考与讨论 (2)光从哪种介质射入空气更容易发生全反射？ 答案　介质折射率越大，发生全反射的临界角越小，越容易发生全反射，故光从金刚石射入空气更容易发生全反射。 介质 水 酒精 玻璃 金刚石 折射率n 1.33 1.36 1.5～1.9 2.42 密度/×103 kg/m3 1.0 0.8 2.5～3.0 3.52 公司logo 公司logo 思考与讨论 (1)两种介质相比，光疏介质的折射率一定较小。(　　) (2)同一束光，在光疏介质中的传播速度比在光密介质中的传播速度更大。(　　) (3)发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱。(　　) (4)光从空气射向水中时，只要入射角足够大，就可能发生全反射。 (　　) √ × √ × 辨析 1.(来自教材)如图是一个用折射率n=2.4的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中∠A=∠C=90°，∠B=60°，现有一束光从图示的位置垂直入射到棱镜的AB面上，画出光路图，确定射出光线。注意：每个面的反射光线和折射光线都不能忽略。 答案　见解析 例题 如图所示，光线从左侧垂直AB面射入棱镜时，透射方向不变。光线射到CD面时，由几何知识得入射角i=30°。设该棱镜的临界角为θ，则sin θ=<，故有θ<30°，所以光线在CD面上发生了全反射。光线射到AB面上时入射角i'=60°，发生全反射，反射光线与BC面垂直。 例题 2.(2022·广东卷)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v。 答案　　c 例题 当入射角达到45°时，恰好到达临界角ic， 根据sin ic=，可得液体的折射率n===， 由于n=，可知激光在液体中的传播速度v==c。 例题 光导纤维的工作 原理及应用 02 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。 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。 公司logo 公司logo 观察与思考 光导纤维的工作原理 公司logo 公司logo 核心知识 光导纤维 应用：作为载体，传递信息 (1)内窥镜：检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。 (2)光纤通信：传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强。 构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图所示，它是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率大于外套的折射率。 公司logo 公司logo 核心知识 光缆大大增加了声音、图像和数据量的传输，其通信容量远大于电缆。 光纤通信的优点 说明：光由光导纤维的一端进入，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播光信号，光信号又可以转换成电信号，进而转变为声音、图像。 公司logo 公司logo 核心知识 3. (多选)(2023·广州市高二期末)我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤主要由纤芯(内层玻璃)和包层(外层玻璃)组成。若某种光纤的纤芯在空气中全反射的临界角为43°(sin 43°=0.68，cos 43°=0.73)，则下列说法正确的是 A.光纤包层的折射率比纤芯小 B.光纤包层的折射率比纤芯大 C.该种光纤纤芯的折射率约为1.5 D.该种光纤纤芯的折射率约为1.4 √ √ 例题 光在纤芯中传播时，在纤芯和包层的界面上发生全反射，所以纤芯是光密介质，包层是光疏介质，即光纤包层的折射率比纤芯小，故A正确，B错误； 该种光纤纤芯的折射率约为n=≈1.5，故C正确，D错误。 例题 现象 折射光线消失 反射率几乎100% 一、光的全反射现象 二、光导纤维的 工作原理及应用 条件 由光密介质到光疏介质 入射角大于或等于临界角 临界角 光的全反射与光纤技术 原理：全反射 构造 应用 优点 相对性 光疏介质和光密介质 内芯 外套 内窥镜光纤通信 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.20.100 $null