2024_2025新教材高中物理第四章光及其应用第三节光的全反射与光纤技术学案粤教版选择性必修第一册.docVIP

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光的全反射与光纤技术

1．知道什么是光疏介质和光密介质，理解它们具有相对性。

2．理解全反射现象，驾驭临界角的概念和全反射的条件，并会进行有关计算。

3．了解光导纤维的工作原理和应用。

学问点一光的全反射现象

[情境导学]

提示：(1)入射角大于或等于临界角。

(2)入射角小于临界角。

[学问梳理]

1．光疏介质和光密介质

(1)光疏介质：折射率较小的介质。

(2)光密介质：折射率较大的介质。

(3)光疏介质与光密介质是相对的。

2．全反射现象

(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角且随入射角增大而增大。当入射角增大到肯定角度，折射角将变成90°，接着增大入射角，折射角将大于90°，此时入射光线全部被反射回折射率较大的介质中，这种现象称为光的全反射。

(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角。

(3)与折射率的关系：siniC＝eq\f(1,n)。

3．全反射发生的条件

(1)光从光密介质射入光疏介质。

(2)入射角等于或大于临界角。

[初试小题]

1．推断正误。

(1)入射角大于临界角就会发生全反射现象。(×)

(2)光密介质是指密度大的介质。(×)

(3)一种介质不是光疏介质就是光密介质。(×)

(4)光由光疏介质射入光密介质后速度减小。(√)

2．光线由某种介质射向与空气的分界面，当入射角大于45°时折射光线消逝，由此可断定这种介质的折射率是()

A．n＝eq\f(\r(2),2) B．n＝eq\r(2)

C．n＝eq\f(1,2) D．n＝2

解析：选B入射角大于45°时折射光线消逝，即这种介质的临界角iC＝45°，所以n＝eq\f(1,siniC)＝eq\r(2)，故B正确。

3．思索题。

为什么水中或玻璃中的气泡看起来特殊光明？

提示：水或玻璃中的气泡是光疏介质，光经过水或玻璃照耀气泡时，一部分光会发生全反射，相对于其他物体而言，有更多的光反射到人眼中，就似乎光是由气泡发出的，因此人眼感觉气泡特殊光明。

学问点二光导纤维的工作原理和应用

[学问梳理]

1．原理：利用了光的全反射。

2．构造：光导纤维简称光纤。由纤芯和包层组成。包层的折射率比纤芯的小，光传播时在纤芯与包层的界面上发生全反射。

3．光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强等。

[初试小题]

1．推断正误。

(1)光纤通信的主要优点是容量大。(√)

(2)光导纤维内芯的折射率比外套的折射率小。(×)

(3)光在光导纤维中传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射。(√)

2．(多选)光纤通信是一种现代通信手段，它可以供应大容量、高速度、高质量的通信服务。目前我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络，下列说法正确的是()

A．光导纤维传递光信号是利用光的直线传播原理

B．光纤通信利用光作为载体来传递信号

C．光导纤维传递光信号是利用光的折射原理

D．目前广泛应用的光导纤维是一种特别细的特制玻璃丝

解析：选BD光纤通信利用光纤的全反射特性来传递光信息，信息量大、信号好、不失真。光导纤维是一种特别细的特制玻璃丝，当光射入时满意光的全反射条件，从而发生全反射，最终实现传递信息的目的。B、D选项正确，A、C选项错误。

3．思索题。

光导纤维的结构示意图如图所示，其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成。构成内芯和外套的两种介质，哪个折射率大？为什么？

提示：内芯的折射率大。因为当内芯的折射率大于外套的折射率时，光在传播时能发生全反射，光线经过多次全反射后能从一端传到另一端。

对全反射的理解

1．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

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，任何两种透亮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推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。

2．全反射现象

(1)全反射的条件

①光由光密介质射向光疏介质。

②入射角大于或等于临界角。

(2)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。

(3)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，反射光线强度增加，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。

3．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，临界角越小，越易发生全反射。

[例题1](2024·全国卷Ⅱ)直角棱镜的折射率n＝1.5，其横截面如