2019-2020年高中物理第4章光的折射与全反射第2、3节光的全反射光导纤维及其应用教学案鲁科版选修3-4

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1、2019-2020年高中物理第4章光的折射与全反射第2、3节光的全反射光导纤维及其应用教学案鲁科版选修3-4　　　　　　　　　　　　　　　　　1．光疏介质和光密介质是相对的，区分光疏介质和光密介质要看两种介质折射率的大小关系。2．光从光密介质射向光疏介质，且入射角达到临界角时，将发生全反射，全反射是一种特殊的光学现象。3．全反射现象在日常生活中有很多应用，如光导纤维利用全反射来传输信号。全反射及其产生条件[自读教材·抓基础]1．光疏介质和光密介质的概念两种不同的介质，折射率较小的介质叫做光疏介质，折射率较大的介质叫做光密介质。2．全

2、反射现象(1)全反射及临界角的概念：①全反射：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到一定程度时，折射光线完全消失，全部光线都被反射回光密介质的现象。②临界角：刚好发生全反射(即折射角等于90°)时的入射角。用字母C表示。(2)全反射的条件：①光从光密介质射入光疏介质。②入射角大于等于临界角。(3)临界角与折射率的关系：①定量关系：光由介质射入空气(或真空)时，sinC＝(公式)。②定性关系：介质折射率越大，发生全反射的临界角越小，越容易发生全反射。[跟随名师·解疑难]1．光疏介质和光密介质的比较光的传播速度折射率光疏介质大小光密

3、介质小大2．对全反射的理解(1)全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化的角度加以理解。当光线从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射。(2)全反射遵循的规律：光由光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律。有关计算仍可依据反射定律进行。(3)光从光密介质射向光疏介质时，只要入射角大于或等于临界角C，一定会发生全反射现象。[特别提醒](1)光疏介质、光密介质是两种介质相比较而言的，只有一种介质，无法

4、确定它是光疏介质还是光密介质。(2)分析光的全反射时，关键是根据临界条件画出恰好发生全反射的光路图，再利用几何知识分析边角关系。[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)光从一种介质射到另一种介质时，发生了全反射，则全反射发生在(　　)A．折射率较小的介质中　　　B．折射率较大的介质中C．光速较大的介质中D．入射角小于临界角解析：选B　光从光密介质射到光疏介质才可能发生全反射，且要求入射角大于或等于临界角，而光密介质的折射率大、光速小。对全反射现象的解释1.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

5、上发生了全反射。(2)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影。2．全反射棱镜(1)形状：截面为等腰直角三角形的棱镜。(2)光学特性：①当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上发生全反射，光射出棱镜时，传播方向改变了90°。②当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边上各发生一次全反射，使光的传播方向改变了180°。③全反射棱镜的反射性能比镀银的平面镜更好。[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)空气中两条光线a

6、和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图421所示。方框内有两个折射率n＝1.5的玻璃全反射棱镜。图422中给出了两棱镜的四种放置方式的示意图，其中能产生图421效果的是(　　)图421图422解析：选B　画出入射光线与出射光线反向延长线的交点则为发生全反射的位置，再根据光的传播方向的变化，可知B正确。光导纤维及其应用[自读教材·抓基础]1．原理利用了全反射原理。2．构造光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径从几微米到几十微米之间，由内芯和外层透明介质两层组成。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

7、全反射。3．应用光纤通信先将声音信号转换为光信号，利用光纤把光信号输出；到接收端再将光信号还原为声音信号。4．主要优点容量大、能量损耗小、抗干扰能力强，保密性好等。[跟随名师·解疑难]1．理解光导纤维的工作原理(1)全反射是光导纤维的基本工作原理。全反射的条件是：光由光密介质射入光疏介质，且入射角大于或等于临界角。临界角C的大小满足：sinC＝。(2)光导纤维的构造就是为了满足光的全反射。光纤一般由折射率较大的玻璃内芯和折射率较小的外层透明介质组成。光在光纤内传播时，由光密介质入射到光疏介质，若入射角i≥C(临界角)，光就会在光纤内

8、不断发生全反射。实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，在内芯和外套的界面上发生全反射，如图423所示。图4232．光纤通信光也是一种电磁波，它可以像无线电波那样，作为载体来传递信息。载有声音、图像以及各种