全反射应用（课件）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

主题六 光现象及其应用 6.2 光的全反射现象的应用 高教版《物理（通用类）》 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 1. 能画出全反射棱镜改变光路的基本过程，说明角反射器的回光特点。 2. 能根据纤芯、包层和涂覆层结构解释光纤传光，分析过度弯折造成的漏光问题。 3. 能用全反射原理说明光纤通信、医学内窥镜和交通反光装置的作用，关注我国光纤通信建设并形成保护通信设施的责任意识。 学习目标 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 问题：弯曲的塑料丝为什么能把光从一端传到另一端？全反射还能怎样改变光路、传递信息和帮助医生观察人体内部？ 教师归纳：本课从‘满天星’传光进入全反射棱镜和光纤，分析光路改变、光纤结构及其在通信、医疗、交通和生活中的应用。 教材情境：满天星 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 - 教材原图：图6-2-1 玩具‘满天星’。 [/Sources] 能够发生全反射的棱镜称为全反射棱镜。最常见的是横截面为等腰直角三角形的三棱镜。 光在棱镜内部界面发生全反射，能够高效地改变传播方向。分析光路时，先判断入射光是否垂直进入，再逐次确定反射方向。 全反射棱镜 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 - 教材原图：图6-2-2 横截面为等腰直角三角形的全反射棱镜。 [/Sources] 一次全反射：光路转过90°。 两次全反射：光沿相反方向射出。 全反射棱镜怎样改变光路 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 - 教材原图：图6-2-3 全反射棱镜工作原理。 [/Sources] 全反射棱镜反射光时几乎没有能量损失，可在潜望镜、照相机和望远镜中代替平面镜改变光路，还可缩短镜筒，并用于投影仪、激光电视和手机潜望式摄像头。 全反射棱镜的应用 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 - 教材原图：图6-2-5 潜望镜工作原理；图6-2-7 手机潜望式长焦镜头。 [/Sources] 角反射器由三个相互垂直的平面组成，入射光经两次或三次反射后沿原方向返回。它的关键功能不是把光散开，而是把光送回光源附近。 角反射器 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 - 教材原图：图6-2-8 角反射器。 [/Sources] 角反射器常用于自行车反光装置、道路安全道钉、路障警示牌、车辆轮廓标志和反光服装，使车辆灯光返回驾驶员方向，提高弱光环境下的辨识度。 角反射器的应用 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 - 教材原图：图6-2-9 自行车角反射器；图6-2-16 有增强条带的衣服。 [/Sources] 1. 一束光垂直射入等腰直角三角形棱镜的一个直角边，在斜面发生一次全反射后，传播方向怎样改变？ 答案：传播方向转过90°。 解析：光垂直入射时进入棱镜不偏折，在斜面以45°入射并发生全反射，反射光垂直于另一个直角边射出。 2. 为什么潜望镜、照相机和望远镜中常用全反射棱镜代替平面镜？ 答案：全反射棱镜能改变光的传播方向，并且反射光几乎没有能量损失。 解析：全反射利用棱镜内部界面反射，不需要在表面镀反射膜，光能损失较小，成像更明亮。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 光纤是光导纤维的简称，其传递信息利用的是光的全反射原理。 1966年，华裔科学家高锟首先提出光纤可用于通信传输的设想，并因此获得2009年诺贝尔物理学奖，被誉为‘光纤之父’。 光纤 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 用激光照射弯曲玻璃棒的一端并沿棒移动白纸，弯曲程度较大的位置更容易出现漏光。光纤可以弯曲，但不能产生过大的弯折。 弯曲玻璃棒观察 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 - 教材原图：图6-2-10 弯折成各种形状的玻璃棒和激光灯。 [/Sources] 纤芯折射率大于包层，光从纤芯射向包层时满足从光密介质射向光疏介质的条件，并在界面多次发生全反射，因而被限制在纤芯中沿锯齿形路线传播。 光为什么能沿纤芯传播 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 - 教材原图：图6-2-11 光纤工作原理示意图。 [/Sources] 应用最广的光纤由直径约10 μm的高纯度石英纤芯和折射率较小的包层组成。包层外的缓冲涂覆层等用于防污染和机械损伤，并避免光纤发生过大的弯折。 实际光纤的结构 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 - 教材原图：图6-2-12 实际单模光纤结构。 [/Sources] ‘满天星’塑料丝与光纤传光原理相同：光在塑料丝内壁连续发生全反射，沿锯齿形路线传播，最后从末端射出。 满天星为什么能传光 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 - 教材原图：图6-2-1 玩具‘满天星’。 [/Sources] 3. 光纤包层的折射率为什么要小于纤芯的折射率？ 答案：使光从纤芯射向包层时满足由光密介质射向光疏介质的条件，从而能在界面发生全反射。 解析：纤芯折射率较大、包层折射率较小，是光被限制在纤芯中传播的结构基础。 4. 把光纤弯折得很急时，为什么可能出现明显漏光和信号衰减？ 答案：过度弯折会改变光到达界面时的入射角，使部分光不再满足全反射条件而射出纤芯。 解析：光纤可弯曲不等于可以任意折弯；保持合适弯曲半径才能维持稳定的全反射传输。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 把载有声音、图像和数字信号的激光输入光纤，就能把信息传到远方。一根光缆中可有几十根甚至上千根光纤，形成大容量的信息传输通道。 光纤通信 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 - 教材原图：图6-2-13 光缆结构。 [/Sources] 容量大 同一根光缆可容纳大量光纤，同时传输多路信息。 损耗低 光信号适合稳定的远距离传输。 抗干扰 抗电磁干扰能力强，传输更稳定。 保密性强 光信号不易向外泄漏，信息安全性较好。 通信光缆是国家通信网络的重要组成部分；每位公民都有保护通信光缆的责任和义务。 光纤通信的优势与责任 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 医学内窥镜装有两组光纤：一组把光送入人体内照亮组织器官，另一组把反射光传出，供医生直接观察或转换为图像信号。 医学内窥镜 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 - 教材原图：图6-2-14 医学内窥镜。 [/Sources] 网络规模 我国已建成全球规模最大、技术领先的光纤通信和移动宽带网络。 接入能力 截至2024年7月，光纤接入端口达到11.44亿个，千兆光网覆盖家庭户数超过1亿。 信息通道 约12000 km的中欧海底光缆和‘东数西算’工程，以信息高速公路连接国内外网络与算力枢纽。 技术·中国 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 5. 光纤通信为什么适合远距离、大容量传输？写出两项教材列出的优点。 答案：可答容量大、损耗低、抗电磁干扰能力强、保密性强中的任意两项。 解析：光在纤芯中经多次全反射传播，配合激光信号和光缆结构，可实现稳定、高速的信息传输。 6. 医学内窥镜中的两组光纤分别承担什么任务？ 答案：一组把光传入人体内用于照明，另一组把组织器官反射的光传出用于观察或成像。 解析：只有同时完成照明和图像信息传出，医生才能看清人体器官内部。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 1. 提问：什么是全反射棱镜？最常见的全反射棱镜是什么形状？ 答案：能够发生全反射的棱镜叫全反射棱镜；最常见的是横截面为等腰直角三角形的三棱镜。 2. 填空：一次全反射可使光路转过______，两次全反射可使光沿与入射方向______的方向射出。 答案：90°；相反。 课堂背诵 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 3. 提问：光纤由哪些主要部分组成？光为什么能沿纤芯传播？ 答案：主要由高折射率纤芯、低折射率包层和外部涂覆层组成；光在纤芯与包层界面多次全反射，因而沿纤芯传播。 课堂背诵 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 4. 提问：光纤通信有哪些主要优点？ 答案：容量大、损耗低、抗电磁干扰能力强、保密性强。 5. 提问：医学内窥镜中的两组光纤分别有什么作用？ 答案：一组把光传入人体内用于照明，另一组把反射光传出用于观察或成像。 课堂背诵 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 任务一：画出光垂直射入等腰直角三角形棱镜一个直角边后，经斜面全反射再从另一直角边射出的光路，并标明传播方向。 答案：入射光进入棱镜时方向不变，在斜面全反射后转过90°，再垂直于另一直角边射出。 教师归纳：棱镜光路应逐界面判断，不能直接凭外形猜测；垂直入射不偏折，斜面全反射负责改变方向。 师生互动：光路判断 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 任务二：某光纤线路被折成很小的弯，接收端信号明显变弱。结合玻璃棒观察实验说明原因并提出改进。 答案：过度弯折使部分光不再满足全反射条件而漏出；应减小弯曲程度，保持合适的弯曲半径并保护涂覆层。 教师归纳：诊断光纤问题要从纤芯—包层界面、入射角和结构保护三方面寻找原因。 师生互动：故障诊断 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 任务三：把角反射器、光纤通信、医学内窥镜分别与‘安全警示、远距传信、体内观察’配对，并说明利用全反射的环节。 答案：角反射器用于安全警示，使光返回光源方向；光纤通信用纤芯中的全反射远距传信；内窥镜用光纤分别传入照明光和传出图像光。 教师归纳：识别应用不能只记设备名称，还要说清光的传播路径、承担的任务和全反射的作用。 师生互动：应用匹配 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 1. 光垂直射入等腰直角三角形棱镜的一个直角边，在斜面发生一次全反射后，传播方向通常转过（　　）。 A. 30° B. 45° C. 90° D. 180° 答案：C。 解析：光在斜面发生全反射后，反射光垂直于另一个直角边射出，传播方向改变90°。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 2. 光纤能够把光限制在纤芯内传播，关键结构条件是（　　）。 A. 包层折射率大于纤芯 B. 纤芯与包层折射率相等 C. 包层折射率小于纤芯 D. 纤芯必须完全笔直 答案：C。 解析：纤芯折射率较大、包层折射率较小，光由纤芯射向包层时才可能发生全反射。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 3. 儿童玩具‘满天星’的塑料丝能够弯曲传光。请说明光在塑料丝中的传播方式。 答案：光从塑料丝一端射入，在内壁连续发生全反射，沿锯齿形路线传播并从另一端射出。 解析：弯曲介质仍能传光的关键是光在内部界面持续满足全反射条件。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 4. 一段光纤被急剧弯折后，接收端信号变弱。请分析原因并提出一项改进措施。 答案：过度弯折使部分光在纤芯与包层界面不再满足全反射条件而泄漏；应减小弯曲程度，保持合适弯曲半径。 解析：光纤的可弯曲性有范围，安装和维护时应避免锐角弯折并保护外部涂覆层。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 5. 医学内窥镜为什么需要两组光纤？ 答案：一组把光传入人体内照亮组织器官，另一组把反射光传出，供医生观察或转换成图像。 解析：传入照明光解决‘看得见’，传出反射光解决‘把内部图像带出来’，两组光纤分工配合。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 6. 夜间自行车尾部的角反射器为什么能提醒后方汽车司机？这类装置对交通安全有什么作用？ 答案：汽车灯光进入角反射器后，经两次或三次反射沿接近原方向返回司机眼睛，使自行车位置更醒目，从而起到警示和防碰撞作用。 解析：角反射器利用三个相互垂直的反射面使光沿原方向返回。汽车灯与驾驶员位置接近，返回光更容易进入驾驶员眼睛，因此在弱光环境下更容易发现自行车。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 棱镜怎样改变光路？ 一次全反射使光路转过90°；两次全反射使光沿相反方向射出。 光为什么留在纤芯？ 纤芯折射率大于包层，光在界面连续全反射；合理弯曲半径和涂覆层保证传输稳定。 通信与医疗怎样用光纤？ 光纤通信传输声音、图像和数字信号；内窥镜用两组光纤完成照明和图像传出。 还应形成什么责任？ 保护通信光缆，规范安装和维护光纤，理解信息基础设施的重要作用。 课堂小结 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] 1．复习本节课的知识点； 2．完成课后练习； 3．整理笔记和易错题。 作业布置 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十二课时《全反射应用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第194—198页。 [/Sources] $