高中物理 第4章 光的波动性 4.6 全反射与光导纤维 4.7 激光同步备课课件 沪科版选修34.ppt

第4章 4 6全反射与光导纤维4 7激光 学习目标1 认识光的全反射现象 知道光疏介质 光密介质 全反射 临界角的概念 2 理解发生全反射的条件 能计算有关问题和解释相关现象 3 知道全反射棱镜及其应用 4 了解光导纤维的工作原理及其在生产 生活中的应用 5 了解激光的特性和应用 了解全息照相的原理 内容索引 自主预习梳理 重点知识探究 当堂达标检测 自主预习梳理 1 光疏介质和光密介质折射率较小的介质称为 折射率较大的介质称为 光疏介质与光密介质是的 2 全反射现象 1 临界角 光由光密介质射入光疏介质时 当入射角增大到一定程度时 折射角就会增大到 这时的角叫做临界角 2 全反射现象 当光线由介质射入介质时 如果入射角临界角 就发生全反射现象 也叫做全内反射 光疏介质 光密介质 90 相对 入射 光密 光疏 大于 3 全反射的应用 1 全反射棱镜 截面为的棱镜 利用改变光路 2 光导纤维 由折射率的内层纤芯和折射率的外面包层组成 光传播时在内层纤芯与外面包层的界面上发生 等腰直角三角形 全反射 较大 较小 全反射 4 激光的特点及应用 相同 恒定 一致 平行度 空间 时间 能量 重点知识探究 一 全反射 光从空气射入水中时 入射角大于折射角 由光路可逆知当光从水中射入空气时 折射角大于入射角 如图1所示 若入射角i逐渐增大 折射角r如何变化 猜想一下当i增大到90 的过程中会出现什么现象 答案 答案由 n知当i增大 r也会增大 随着i的增大 r先增大到90 若i再增大 则折射光线会消失 图1 1 光疏介质和光密介质 2 全反射现象 1 临界角 折射角为90 时的入射角称为全反射临界角 简称临界角 用c表示 c arcsin 2 全反射发生的条件 光从光密介质射入光疏介质 入射角大于或等于临界角 3 全反射现象中能量分配关系 折射角随着入射角的增大而增大 折射角增大的同时 折射光线的强度减弱 即折射光线的能量减小 亮度减弱 而反射光线的强度增强 能量增大 亮度增强 当入射角增大到某一角度时 即临界角 折射光能量减弱到零 即折射角为90 入射光的能量全部反射回来 这就是全反射现象 a 假若三条光线中有一条在o点发生了全反射 那一定是ao光线b 假若光线bo能发生全反射 那么光线co一定能发生全反射c 假若光线bo能发生全反射 那么光线ao一定能发生全反射d 假若光线ao恰能发生全反射 则光线bo的反射光线比光线co的反射光线的亮度大 例1 多选 如图2所示 半圆形玻璃砖放在空气中 三条同一颜色 强度相同的光线 均由空气射入玻璃砖 到达玻璃砖的圆心位置 下列说法正确的是 解析 答案 图2 解析三条入射光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖 在圆周界面 它们的入射角为零 均不会偏折 在直径界面 光线ao的入射角最大 光线co的入射角最小 它们都是从光密介质射向光疏介质 都有发生全反射的可能 如果只有一条光线发生了全反射 那一定是ao光线 因为它的入射角最大 所以选项a对 假若光线bo能发生全反射 说明它的入射角等于或大于临界角 光线ao的入射角更大 所以 光线ao一定能发生全反射 光线co的入射角可能大于或等于临界角 也可能小于临界角 因此 co光线不一定能发生全反射 所以选项c对 b错 假若光线ao恰能发生全反射 则光线bo和光线co都不能发生全反射 但bo光线的入射角更接近于临界角 所以 光线bo的反射光线较光线co的反射光线强 即光线bo的反射光线亮度较大 所以d对 本题答案选a c d 二 全反射现象的应用 如图3所示 自行车后有尾灯 它虽然本身不发光 但在夜间行驶时 从后面开来的汽车发出的强光照在尾灯后 会有较强的光被反射回去 使汽车司机注意到前面有自行车 那么自行车的尾灯采用了什么原理 答案 答案采用了全反射的原理 图3 1 全反射棱镜 1 构造 截面为等腰直角三角形的棱镜 2 特点 当光垂直于它的一个界面射入后 会在其内部发生全反射 比平面镜的反射率高 几乎可达100 反射面不必涂任何反光物质 反射失真小 2 光导纤维 1 原理 利用了光的全反射 2 构造 光导纤维由内层纤芯和外面包层两层组成 内层纤芯的折射率比外面包层的大 光传播时在内层纤芯与外面包层的界面上发生全反射 3 特点 容量大 能量损耗小 抗干扰能力强 保密性好等 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 例2光导纤维的结构如图4所示 其内芯和外套材料不同 光在内芯中传播 以下关于光导纤维的说法正确的是 解析 答案 图4 c 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折射d 内芯的折射率与外套的相同 外套的材料有韧性 可以起保护作用 解析光导纤维很细 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 例3如图5所示 ab为光导纤维 a b之间距离为s 使一光脉冲信号从光导纤维中间入射 射入后在光导纤维与空气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 已知光在真空中的传播速度为c 解析 答案 图5 三 全反射的定量计算 答案 1 全反射与光导纤维 当堂达标检测 1 如图 一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖 o点为该玻璃砖截面的圆心 下图能正确描述其光路的是 1 2 解析 答案 3 解析 光从玻璃砖射向空气时 如果入射角大于临界角 则发生全反射 如果入射角小于临界角 则在界面处既有反射光线 又有折射光线 但折射角应大于入射角 选项a正确 选项c错误 当光从空气射入玻璃砖时 在界面处既有反射光线 又有折射光线 且入射角大于折射角 选项b d错误 1 2 3 2 多选 光从介质a射向介质b 如果要在a b介质的分界面上发生全反射 那么必须满足的条件是a a是光密介质 b是光疏介质b 光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度c 光的入射角必须大于或等于临界角d 光的入射角必须小于临界角 答案 1 2 3 3 让激光照到vcd机 cd机或计算机的光盘上 就可以读出盘上记录的信息 经过处理后还原成声音和图像 这是利用光的a 平行度好 可以会聚到很小的一点上b 相干性好 可以很容易形成干涉图