高中物理 第4章 光的波动性 4.5 全反射与光导纤维 激光学案 沪科版选修.doc

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1、5　全反射与光导纤维　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

2、是相对的．3．全反射现象(1)临界角：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

3、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°，

4、若i再增大，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，C＝arcsin.(2)全反射

5、发生的条件①光从光密介质射入光疏介质．②入射角大于或等于临界角．(3)全反射现象中能量分配关系①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，而反射光线的强度增强，能量增大，亮度增强．②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

6、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

7、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

8、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：①当光