粤教版 (2019)选择性必修 第一册第三节 光的全反射与光纤技术课文ppt课件

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必备知识·自主预习储备
知识点一　光的全反射现象1．光疏介质和光密介质(1)光疏介质：折射率较__(选填“大”或“小”)的介质．(2)光密介质：折射率较__(选填“大”或“小”)的介质．(3)光疏介质与光密介质是____(选填“相对”或“绝对”)的．
2．光的全反射当光从折射率____的介质(光密介质)射入折射率____的介质(光疏介质)时，折射角____入射角且随入射角增大而增大．当入射角达到一定角度，折射角变成90°，继续增大入射角，折射角将________．此时，入射光线全都被反射回折射率较大的介质中，这种现象称为光的全反射．
3．临界角刚好发生全反射，折射角等于____时的入射角，称为临界角，记作__．光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角ic与介质的折射率n的关系是_________．4．发生光的全反射的两个必要条件(1)光线从____介质射入____介质．(2)入射角____或____临界角．
知识点二　光导纤维的工作原理1．光纤及原理光导纤维简称光纤，它能把光(信号)从一端远距离传输到光纤的另一端，其原理就是利用了__________．2．光纤的构造光纤用的是石英玻璃或塑料拉制成的细丝，光纤由____和____组成，纤芯的折射率____包层的折射率，光传播时在纤芯与包层的界面上发生______．
知识点三　光纤技术的实际应用1．光缆可以用来传送____，医学上用来检查人体消化道的______就是利用了这种性质．2．光纤宽带、光纤电话、光纤有线电视等光纤通信网络进入千家万户．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)．(1)光从空气射入水中时可能发生全反射现象．(　　)(2)光密介质，是指介质的折射率大，密度不一定大．(　　)(3)鱼缸中上升的气泡亮晶晶的，是由于光射到气泡上发生了全反射．(　　)(4)光纤一般由折射率小的玻璃内芯和折射率大的外层透明介质组成．(　　)
2．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，如果光按以下几种方式传播，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　[发生全反射的条件之一是光从光密介质射入光疏介质，光密介质折射率较大，故只有C正确．]
3．华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“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　[光纤内芯比外套折射率大，光在内芯与外套的界面上发生全反射，A正确，B错误；频率大的光波长短，折射率大，在光纤中传播速度小，C、D错误．]
关键能力·情境探究达成
考点2　光导纤维的应用
光照到两种介质界面处，发生了如图所示的现象．(1)上面的介质与下面的介质哪个折射率大？(2)全反射发生的条件是什么？提示：(1)下面的介质折射率大．(2)一是光由光密介质射入光疏介质；二是入射角大于等于临界角．
◆考点1　全反射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：
(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．
2．全反射规律(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，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用．(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．
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，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射，说明频率越高的色光在同一种介质中的折射率越大．
【典例1】　一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面．在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上．已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率．
全反射定律的应用技巧(1)首先判断是否为光从光密介质进入光疏介质，如果是，下一步就要再利用入射角和临界角的关系进一步判断，如果不是则直接应用折射定律解题即可．(2)分析光的全反射时，根据临界条件找出临界状态是解决这类题目的关键．(3)当发生全反射时，仍遵循光的反射定律和光路可逆性．(4)认真规范作出光路图，是正确求解这类题目的重要保证．
◆训练角度2　全反射与折射定律的综合2．如图所示，半圆形透明介质的横截面，其半径为R.一束光从半圆形透明介质的左边缘以入射角60°射入透明介质，光束在半圆形透明介质的弧形面发生两次反射后刚好从半圆形透明介质的另一边缘射出．已知光在真空中传播的速度为c.求：
◆考点2　光导纤维的应用1．构造及传播原理(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1～100 μm，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．
(2)传播原理：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播光，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．
光导纤维问题的解题关键第一步：抓关键点．第二步：找突破口．“从一个端面射入，从另一个端面射出”，根据这句话画出入射、折射及全反射的光路图，根据全反射的知识求解问题．
学习效果·随堂评估自测
1．(2022·浙江6月选考)如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是(　　)A．气泡表面有折射没有全反射B．光射入气泡衍射形成“亮斑”C．气泡表面有折射和全反射D．光射入气泡干涉形成“亮纹”
C　[当光从水中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象；还有一部分光折射到内壁然后再折射出去，所以水中的空气泡看起来比较亮．故选C.]
2．(2022·江苏南京市宁海中学高二期中)光纤通信具有传输容量大，保密性好等优点．光导纤维由内芯和外套两层组成，光从一端进入，从另一端传出，下列说法正确的是(　　)A．内芯的折射率应小于外套的折射率B．光在光纤内的波长等于光在空气中的波长C．红光在光纤内的传播速度比紫光大D．以相同入射角从端面入射时，红光在光纤内的传播路程比紫光短
3．(2022·上海市嘉定区第一中学高二期中)两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为θ1、θ2，已知θ1＞θ2，用n1、n2分别表示水对两种单色光的折射率，v1、v2分别表示两种单色光在水中的传播速度，则(　　)A．n1＜n2，v1＜v2　B．n1＜n2，v1＞v2C．n1＞n2，v1＜v2 D．n1＞n2，v1＞v2
4．如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则(　　)A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B．小球所发的光能从水面任何区域射出C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大
D　[小球发出的光先从水中传播，然后再射入空气中，故我们从侧面就可以看到小球，故A错误；由于光从水中射入空气中，故当入射角大于临界角时，光会发生全反射，故球所发的光不是从水面任何区域都能够射出的，故B错误；光从水中进入空气后频率不变，由于折射率变小，故光的传播速度变大，故C错误，D正确．]
5．如图所示，AB为光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气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.