高考物理一轮复习（要点+命题导向+策略）1344光的全反射 光导纤维课件.ppt

课时44光的全反射光导纤维 考点一全反射 基础梳理 1 光密介质和光疏介质两种介质相比较 折射率大的介质叫光密介质 折射率小的介质叫光疏介质 2 临界角 c 折射角等于90 时的入射角叫临界角 当光线从某种介质射向真空 或空气 时 临界角的正弦为 3 全反射 光从光密介质射向光疏介质时 如果入射角大于或等于临界角 折射光线消失 只产生反射的现象叫全反射 4 产生全反射的条件 1 光要从光密介质进入光疏介质 2 入射角要大于或等于临界角 i c 疑难详析 1 光密介质和光疏介质是相对而言的 同一种介质 相对于其他不同的介质 可能是光密介质 也可能是光疏介质 2 光从光疏介质射入光密介质时 入射角大于折射角 光从光密介质射入光疏介质时 入射角小于折射角3 如果光线从光疏介质进入光密介质 则无论入射角多大 都不会发生全反射现象 考点二光导纤维 基础梳理 1 结构 光导纤维 简称光纤 是一种透明的玻璃纤维丝 由内芯和外套两层组成 内芯的折射率大于外套的折射率 即内芯是光密介质 外套是光疏介质 2 原理 光在光纤的内芯中传播 每次射到内 外层的界面上时 都要求入射角大于临界角 从而发生全反射 这样从光纤一个端面射入的光 在两层界面上经过多次全反射 能够没有损失地从另一端射出 疑难详析 1 光纤通信 光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式 在发送端首先要把传送的信息 如话音 变成电信号 然后调制到激光器发出的激光束上 使光的强度随电信号的幅度 频率 变化而变化 并通过光纤发送出去 在接收端 检测器收到光信号后把它变换成电信号 经解调后恢复原信息 光纤通信的主要优点 容量大 衰减小 抗干扰强 2 内窥镜 把光导纤维聚集成束 使其两端纤维排列的相对位置相同 具有亮暗色彩的图象就可以从一端传到另一端 实际的内窥镜装有两组光纤 一组用来把光传到人体内部 一组用来观察 题型一折射与全反射规律的综合应用 例1 如图1所示 置于空气中的一只不透明容器中盛满某种透明液体 容器底部靠近器壁处有一个竖直放置的6 0cm长的线光源 靠近线光源一侧的液面上盖有一块遮光板 另一侧有一个水平放置的与液面等高的望远镜 用来观察线光源 开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分 将光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时 通过望远镜刚好可以看到线光源底端 再将线光源沿同一方向移动8 0cm 刚好可以看到其顶端 求此液体的折射率n 图1 答案 n 1 25 题后反思 解答这一类题目要抓住折射定律和全反射的条件 在分析 研究光路时 常要假设某一条光线符合题意要求 再画出光路图求解 半径为r的半圆柱形玻璃砖的截面如图2所示 o为圆心 光线 沿半径方向从a点射入玻璃砖后 恰好在o点发生全反射 另一条光线 平行于光线 从最高点b射入玻璃砖后 在底边mn上的d点射出 若测得od 则该玻璃砖的折射率为多少 图2 答案 2 03 题型二全反射在光纤通讯中的应用 例2 如图3所示 一根长为l 5 0m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 图3 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 答案 1 2 1 108m s 2 2 7 10 8s 题后反思 全反射的一个重要应用就是用于光导纤维 简称光纤 光纤有内 外两层材料 其中内层是光密介质 外层是光疏介质 光在光纤中传播时 每次射到内 外两层材料的界面 都要求入射角大于临界角 从而发生全反射 这样使从一个端面入射的光 经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出 光导纤维的结构如图4 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 图4 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 光导纤维内芯的折射率比外套大 光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 从而使载有声音 图像以及各种数字信号的激光在光纤中远距离传递 故只有a正确 答案 a 题型三光的色散 例3 一束白光从顶角为 的三棱镜的一边以较大的入射角i射入并通过该镜后 在屏p上可得到彩色光带 如图5所示 在入射角i逐渐减小到零的过程中 假如屏上的彩色带先后全部消失 则 a 红光最先消失 紫光最后消失b 紫光最先消失 红光最后消失c 紫光最先消失 黄光最后消失d 红光最先消失 黄光最后消失 图5 解析 作出白光的折射光路图 如图6所示 可看出白光从ab射入三棱镜后 由于紫光偏折大 从而到达另一侧面ac时的入射角较大 因紫光折射率大 sinc 因而其全反射的临界角最小 故随着入射角i的减小 进入三棱镜后的各色光中紫光首先发生全反射不从ac面射出 以后依次是靛 蓝 绿 黄 橙 红 逐渐发生全反射而不从ac面射出 则选项b正确 答案 b 图6 题后反思 分析不同色光的折射问题时 1 应从折射率大小关系入手 根据折射定律 正确画出各色光的折射示意图是判断此类问题的基础 同时也便于观察二次折射 或反射 的入射角 2 正确推导在同一种介质中色光的临界角的关系 是解决此类问题的关键 abc为一全反射棱镜 它的主截面是等腰直角三角形 如图7所示 一束白光垂直入射到ac面上 在ab面上发生全反射 若光线入射点o的位置保持不变 改变光线的入射方向 不考虑自bc面反射的光线 则 图7 1 使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转 如果有色光射出ab面 则哪种色光首先射出 2 使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转 哪种色光首先射出ab面 解析 1 白光垂直入射ac面后直射到ab面 入射角为45 发生全反射说明棱镜的临界角c 45 这是对从红光到紫光的所有色光说的 当入射光顺时针偏转时 在ac面上发生色散 不同色光折射不同 红光偏折小 紫光偏折大 如图8所示 射到ab面上时红光入射角小 紫光入射角大 但它们都小于45 另一方面 棱镜对红光的临界角比紫光的临界角大 因此 入射光顺时针逐渐偏转时 在ab面上红光的入射角将首先小于临界角而射出ab面 2 如果入射光逆时针偏转 则经ab面上的红光 紫光的入射角都大于45 都发生全反射而不可能从ab面射出 答案 1 红光 2 都不能射出ab面 图8 1 2008 广东高考 光纤通信中 光导纤维传递光信号的物理原理是利用光的 现象 要发生这种现象 必须满足的条件是 光从光密介质射向 且入射角等于或大于 解析 光导纤维利用光全反射原理传递光信号 在全反射中 光从光密介质射向光疏介质 且入射角大于或等于临界角 答案 全反射光疏介质临界角 图9 答案 b 3 在桌面上有一倒立的玻璃圆锥 其顶点恰好与桌面接触 圆锥的轴 图中虚线 与桌面垂直 过轴线的截面为等边三角形 如图10所示 有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上 光束的中心轴与圆锥的轴重合 已知玻璃的折射率为1 5 则光束在桌面上形成的光斑半径为 a rb 1 5rc 2rd 2 5r 图10图11 答案 c 4 2009 全国卷 一玻璃砖横截面如图12所示 其中abc为直角三角形 ac边未画出 ab为直角边 abc 45 adc为一圆弧 其圆心在bc边的中点 此玻璃的折射率为1 5 p为一贴近玻璃砖放置的 与ab垂直的光屏 若一束宽度与ab边长度相等的平行光从ab边垂直射入玻璃砖 则 图12 a 从bc边折射出一束宽度与bc边长度相等的平行光b 屏上有一亮区 其宽度小于ab边的长度c 屏上有一亮区 其宽度等于ac边的长度d 当屏向远离玻璃砖