粤教版高中物理选择性必修第一册 第四章光及其应用 4.3光的全反射与光纤技术 教学课件

第节光的全反射与光纤技术高中物理选择性必修第一册第四章31.认识全反射现象；2.知道全反射的条件，掌握临界角的概念；3.在观察全反射相关实验的过程中，培养学生的科学推理和论证能力，发展学生的科学思维，培养学生的科学探究意识；4.将全反射的知识与光纤技术相联系，使学生认识到科学对社会的推动作用，培养学生的社会责任感。学习目标

光从空气斜射入水、玻璃等折射率较大的介质时，折射角总是小于入射角。由于光路可逆，当光从水、玻璃等介质射入空气时，折射角则会大于入射角。当入射角增大到某一角度时，折射角将达到90o，此时如果继续增大入射角，将会出现什么情况呢？引入

演示实验：如图，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，观察反射光线和折射光线的变化。一、光的全反射现象1、光疏介质和光密介质：对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的称为光疏介质，折射率较大的称为光密介质。2.对光疏介质和光密介质的理解(1)光疏介质和光密介质的比较:比较项目光的传播速度折射率光疏介质大小光密介质小大(2)相对性:光疏介质、光密介质是相对的。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质。(3)光疏和光密是从介质的光学特性来说的,并不是它的密度大小。例如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比,酒精是光密介质。4、临界角：折射角等于90°时的入射角，记作

。表达式：5、发生全反射的条件：（1）光线从光密介质射入光疏介质；（2）入射角等于或大于临界角。3、全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射。不同色光的临界角：不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时,频率越高的光的临界角越小,越易发生全反射。7.从能量角度来理解全反射当光从光密介质射入光疏介质时,随着入射角增大,折射角也增大。同时折射光线强度减弱,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,反射光的能量等于入射光的能量。6.全反射遵循的规律发生全反射时,光全部返回原介质,入射光与反射光遵循光的反射定律,由于不存在折射光线,光的折射定律不再适用。8.解释全反射现象(1)水或玻璃中的气泡看起来特别亮,是由于光射到气泡上发生了全反射。(2)熏黑的铁球放入水中,看起来会变得锃亮,是由于光射到球和水面之间的空气层发生了全反射。(3)在沙漠里,接近地面的热空气的折射率比上层空气的折射率小,从远处物体射向地面的光线的入射角大于临界角时,发生全反射,人们就会看到远处物体的倒景即蜃景。(4)炎热的夏天,在公路上向远处看去,有时路面显得格外明亮光滑,就像被水淋过一样,这也是一种蜃景。如图所示,自行车后面有尾灯,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上,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。自行车的尾灯利用了什么原理?要点提示

利用了全反射的原理。

8.全反射的应用

【观察与思考】将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。用激光水平射向塑料瓶小孔（激光可由激光笔产生），观察光的传播路径。当水柱随着瓶中的水位下降而变形时，又可以看到什么现象？二、光导纤维的工作原理1、光导纤维：简称光纤，它能把光（信号）从光纤的一端远距离传输到另一端。2.光导纤维的构造及传播原理光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径只有1~100μm。如图所示,它是由内芯和外套两层组成,内芯的折射率大于外套的折射率,光由一端进入,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输光,光信号又可以转换成电信号,进而变为声音、图像以及各种数字信号。如果把许多(上万根)光导纤维合成一束,并使两端的纤维按严格相同的次序排列,就可以传输图像。3.光纤技术的实际应用

把许多光纤组合制成光缆。学上用这种光纤制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。

光纤通信：容量大、衰减小、抗干扰性强。例2华裔科学家高锟被誉为“光纤通信之父”。光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维,它的结构如图所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是(

)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.波长越短的光在光纤中传播的速度越大D.频率越大的光在光纤中传播的速度越大A例3如图所示,AB为一直光导纤维,AB之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维内芯与外套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。本课小结1.已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63,如果光按下面几种方式传播,可能发生全反射的是(

)A.从水晶射入玻璃 B.从水射入二硫化碳C.从玻璃射入水中 D.从水射入水晶C当堂检测解析

折射率相对较小的介质是光疏介质,折射率相对较大的介质是光密介质,发生全反射的条件之一是光由光密介质射向光疏介质,由此可知选项C正确。2.关于光纤的下列说法正确的是(

)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,但导电性能特别好,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