《【教案】2017沪科版高中物理选修（3-4）4.5-4.6《全反射与光导纤维激光》学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【教案】2017沪科版高中物理选修（3-4）4.5-4.6《全反射与光导纤维激光》学案（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4.5-4.6 全反射与光导纤维全反射与光导纤维 激光激光学习目标定位 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1光在两种介质的分界面发生反射时，反射角等于入射角，当发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦成正比(填“入射角” “反射角” “折射角”之间的关系)2光疏介质和光密介质折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质光疏介质与光密介质是相对的3全反射现象(1)临界角：
2、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 90，这时的入射角叫做临界角(2)全反射现象：当光线由光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于临界角，就发生全反射现象，也叫做全内反射4全反射的应用(1)全反射棱镜：截面为等腰直角三角形的棱镜，利用全反射改变光路(2)光导纤维：由折射率较大的内层纤芯和折射率较小的外面包层组成，光传播时在内层纤芯与外面包层的界面上发生全反射5激光的特点及应用性质应用相干性：激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性光纤通信平行度：激光的平行度非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度激光会聚一点，读
3、取光盘上记录的信息等亮度高：它可以在很小的空间和很短的时间内聚集很大的能量用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做“光刀” ，核工业中用激光激发核反应等一、全反射问题设计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？图 1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，sin rsin i则折射光线会消失要点提炼1光疏介质和光密介质名称项目光疏介质光密介质定义折射率较小的介质折射率较大的介质传播
4、速度光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小折射特点(1)光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角(2)光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角备注(1)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(2)光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义.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，Carcsin .1n(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
5、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，这就是全反射现象例 1 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( )图 2A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解析 三条
6、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
7、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.答案 ACD二、全反射现象的应用问题设计如图 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？图 3答案 采用了全反射的原理要点提炼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
8、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( )图 4A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
9、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答案 A三、全反射的定量计算例 3 如图 5 所示，水的折射率为 n，水面上漂浮着一圆木板，圆木板中央竖直插着一根大头针，且在水中部分长为 h.若从圆木板四周恰好看不到大头针的顶尖 P，则圆木板的面积是多少？图 5解析 当 P 点光线射到木板边缘时恰好发生全反射，即在空气中没有出射光线，则圆木板半径 rhtan C，又由全反射公式 sin C 知，cos C.即 tan C1nn21n，则 r.1n21hn21面积 Sr2.h2n21答案 h2n211全反射与光导纤维Error!
10、2激光Error!1(2014福建13)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( )答案 A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2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( )Aa 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 AC3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样C亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量D波长短，很容易发生明显的衍射现象答案 A解析 激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD 唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项 A 正确，B、C、D 错误
