年高中物理光的全反射光导纤维及其应用精品课件鲁科版选修.pptVIP

水或玻璃中的气泡对于水或玻璃来说是光疏介质，光经水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，相对水或玻璃中的物体而言，有更多的光反射到人的眼睛中，光的能量大了，人眼会感觉特别明亮．海面上泛起的浪花看上去是白色的也是这个道理． 特别提醒：解释生活中常见全反射问题，关键是确定以下两点： ①哪部分是光疏介质，哪部分是光密介质． ②入射光的来源和观察者的位置． 即时应用(即时突破，小试牛刀) 2．夏天，海面下层空气的温度比上层低，我们设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平空气层组成的，远处的景物发出的或反射的光线由于不断折射，越来越偏离法线方向，人们逆着光线看去就出现了海市蜃楼，如图4－2－4所示，下列说法中正确的是(　　) 图4－2－4 A．海面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小 B．海面上层空气的折射率比下层空气的折射率要大 C．海市蜃楼是景物的实像 D．B是海市蜃楼，A是景物 解析：选A.因为海面上层空气相对下层空气为光疏介质，则海面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小，故A正确；B错误；由于人的视觉总是认为光沿直线传播，观察到的是虚像，故C、D错误． 三、光导纤维 1．构造及传输原理 光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1 μm～10 μm左右．如图4－2－5所示，它是由内芯和外层两层组成，内芯的折射率大于外层的折射率，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． 图4－2－5 光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．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． 2．光导纤维的折射率 设光导纤维的折射率为n，当入射光线入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图4－2－6所示，则有： 图4－2－6 课堂互动讲练 全反射条件及现象 如图4－2－7，光线由空气透过半圆形玻璃砖的光路图中，正确的是(玻璃的折射率为1.5)(　　) 例1 图4－2－7 A．图乙、丁　　　　　　　B．图甲、丁 C．图乙、丙 D．图甲、丙 【答案】　A 【方法总结】　正确运用全反射的条件，画出光路图，求出临界角，再判断是否能发生全反射，是解决全反射问题的关键． 变式训练1　(2011年南京六中高二期末) 如图4－2－8所示，MM′是两种介质的界面，A是入射光线，B是反射光线，C是折射光线，O是入射光线的入射点，NN′是法线，i是入射角，r是折射角，且ir.则下列判断正确的是(　　) 图4－2－8 A．i逐渐增大时r也逐渐增大，有可能发生全反射现象 B．i逐渐减小时r也逐渐减小，有可能发生全反射现象 C．i逐渐增大时r将逐渐减小，有可能发生全反射现象 D．i逐渐增大时r也逐渐增大，但不可能发生全反射现象 解析：选D.由题图可知入射角i大于折射角r，光线由光疏介质射入光密介质，不可能发生全反射；由折射定律可知，i逐渐增大时r也逐渐增大．故选D. 折射与全反射的综合应用 例2 图4－2－9 一束与MN平面成45°的平行光束射到玻璃的半圆柱面上，经玻璃折射后，有部分光能从MN平面上射出，求能从MN射出的光束的宽度为多少？ 【自主解答】　如图4－2－10所示，进入玻璃中的光线①垂直于半球面，沿半径方向直达球心位置O，且入射角等于临界角，恰好在O点发生全反射． 图4－2－9 光线①左侧的光线(如光线②)经球面折射后，射在MN上的入射角一定大于临界角，在MN上发生全反射，不能射出．光线①右侧的光线经半球面折射后，射到MN面上的入射角均小于临界角，能从MN面上射出． 图4－2－10 变式训练2　(2010年高考课标全国卷) 如图4－2－11所示，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC，∠A为直角．此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为(　　) 图4－2－11 在光导纤维的端面上入射光满足什么条件，才能使光在光导纤维中不断发生全反射，从一端传到另一端？(设光纤外层材料的折射率为1) 光导纤维的工作原理分析 例3 【精讲精析】　设当入射角为i时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图4－2－12所示，则有： 图4－2－12 【答案】　见精讲精析 【方法总结】　光导纤维是全反射现象的应用之一，正确理解“光在光导纤维中不断发生全反射”，画出临界光线，求解临界角是解决问题的关键． 变式训练3　光导纤维的结构如图4－2－13，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4－2－13 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