04-第4章 4.4 光导纤维及其应用（PPT同步课件）-【学而思】2026-2027学年高二物理选择性必修第一册（鲁科版）

该高中物理课件聚焦光的折射和全反射中的光导纤维及其应用，核心知识点包括光导纤维的构造（内芯与外套的折射率关系）、全反射原理及实际应用。课堂导入从光的折射和全反射规律出发，衔接前序知识，搭建从理论到技术应用的学习支架。 其亮点在于通过题组设计（构造原理辨析、实际应用计算），融合物理观念（折射率、全反射概念）与科学思维（模型建构、几何关系推理），如分析半圆形光纤的临界半径条件。采用例题解析与应用拓展结合的教学方法，学生能提升解决实际问题的能力，教师可直接用于课堂练习与知识点巩固。

第4章 光的折射和全反射 第1讲　描述运动的基本概念 基础过关练 第4节　光导纤维及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 题组一　光导纤维的构造、原理 1.关于光纤的说法,正确的是 ( ) A.光纤是由高级金属制成的,所以它比普通电线容量大 B.光纤是非常细的特制玻璃丝,因导电性能特别好,所以它比普通电线衰减小 C.光纤是非常细的特制玻璃丝,由内芯和外套两层组成,光纤是利用全反射原理来实现光的传导的 D.在实际应用中,光纤必须呈笔直状态,因为弯曲的光纤是不能传导光的 　C     解析    光导纤维的作用是传导光,它是直径为几微米到几十微米之间的特制玻璃丝,且由内芯和外套两 层组成,内芯的折射率比外套的大。当载有声音、图像等信号的激光在光导纤维内传播时,在内芯和外 套的界面上发生全反射。光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点。在实际应用中,光纤是可以 弯曲的,故选C。 第1讲　描述运动的基本概念 2.[教材习题改编][多选题]光纤通信采用的光导纤维是由内芯和外套组成,如图所示,其中内芯的折射 率为n1,外套的折射率为n2,下列说法正确的是( ) A.内芯和外套的折射率应满足n1>n2 B.内芯和外套的折射率应满足n1<n2 C.从左端面入射的光线,其入射角θ必须大于某值,全部光才能被传导 D.从左端面入射的光线,其入射角θ必须小于某值,全部光才能被传导 　AD     解析    光纤通信是利用了光的全反射原理,光只有从光密介质进入光疏介质中时,才能发生全反射,因 而内芯和外套的折射率应满足n1>n2。从题图中看由左端面入射的光线,其入射角越小,进入介质后,在 内芯与外套的界面上入射角越大,越易发生全反射,故A、D正确。 第1讲　描述运动的基本概念 题组二    光导纤维的实际应用分析 3.[多选题][2024上海进才中学期中]如图所示是一条光导纤维的一段,长度为L,它的玻璃芯的折射率为 n1,外层材料的折射率为n2。若光在真空中传播速度为c,则对于光由该光纤的一端射入经多次全反射后 从另一端射出的过程中,下列判断中正确的是 ( ) A.n1<n2 B.n1>n2 C.光通过光缆的时间等于  D.光通过光缆的时间大于  　BD     第1讲　描述运动的基本概念 解析    当光从光密介质射入光疏介质时才可能发生全反射,而光密介质的折射率大于光疏介质的折射 率,所以玻璃芯的折射率大于外层材料的折射率,即n1>n2,故A错误,B正确;光在玻璃芯中经过的路程为x = ,光在玻璃芯中的传播速度为v= ,则光通过光缆的时间为t= = > ,故C错误,D正确。 第1讲　描述运动的基本概念 4.[2025山东日照期中]光导纤维可简化为长玻璃丝,直径只有几微米到一百微米,很细且可以弯折一定 程度。如图所示将一半径为r的圆柱形光导纤维,做成外半径为R的半圆形,一细光束由空气中从纤维的 左端面圆心O1点射入,入射角α=53°,已知光导纤维对该光的折射率为 ,sin 53°=0.8,sin 37°=0.6。要使从 左端面射入的光能够不损失地传送到半圆形光导纤维的另一端,外半径R需满足的条件为 ( )   A.R≥4r　　　　　B.R≥16r　　　　　C.R≤16r　　　　　D.R≤4r 　B     第1讲　描述运动的基本概念 解析　由n= ,代入数据得β=37°,设在光导纤维中发生全反射的临界角为C,若光不损失应满足γ≥C, 即sin γ≥sin C= ,如图所示,由正弦定理可得 = ,联立解得R≥16r,故选B。   第1讲　描述运动的基本概念 5.如图所示,一根长为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,求:(c=3×108 m/s)(结果保留2位有效 数字) (1)该激光在光导纤维中的速度v。 (2)该激光在光导纤维中传输所用的时间。   答案    (1)2.1×108 m/s    (2)2.7×10-8 s 第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)由n= 可得v≈2.1×108 m/s。 (2)由n=  可得光线从左端面射入后的折射角为30°,射到侧面时的入射角为60°,大于临界角45°,因此 会发生全反射。同理光线每次在侧面都将发生全反射,直到光线到达右端面。由几何关系可以求出光 线在光导纤维中通过的总路程s= ,因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间t= ≈2.7×10-8 s。 第1讲　描述运动的基本概念 $