高中物理第4章第2節(jié)光的全反射第3節(jié)光導纖維及其應用精品通用PPT課件魯科版選修34

1、高中物理第4章第2節(jié)光的全反射第3節(jié)光導纖維及其應用精品課件魯科版選修34核心要點突破課堂互動講練課前自主學案知能優(yōu)化訓練課標定位第3節(jié)課標定位學習目標：1.理解光的全反射現(xiàn)象，會解釋與全反射有關的一些現(xiàn)象2知道全反射的條件，能應用全反射條件解決有關問題3初步了解光導纖維的工作原理和光纖在生產(chǎn)、生活中的應用4認識光纖技術對經(jīng)濟社會生活的重大影響，體會科學技術對社會進步的作用重點難點：1.判斷是否發(fā)生全反射，并進行有關計算2對全反射現(xiàn)象的解釋課前自主學案一、全反射及其產(chǎn)生條件1光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)對兩種不同的介質(zhì)，折射率_的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)，折射率_的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)2全反射光從_介質(zhì)射向_介質(zhì)時

2、，當入射角增大到一定程度時，折射光線完全消失，全部光線都被反射回光密介質(zhì)的現(xiàn)象較小較大光密光疏3臨界角(1)概念：剛好發(fā)生全反射(即折射角等于_)時的入射角用字母C表示(2)臨界角與折射率的關系定量關系：光由某種介質(zhì)射入空氣(或真空)時，sinC_(公式)定性關系：介質(zhì)折射率越大，發(fā)生全反射的_越小，越容易發(fā)生全反射90臨界角4發(fā)生全反射的條件是：(1)光由_射入_；(2)入射角_臨界角二、對全反射現(xiàn)象的解釋1解釋全反射現(xiàn)象(1)水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，是由于光射到氣泡上發(fā)生了_光密介質(zhì)光疏介質(zhì)大于等于全反射(2)在沙漠里，接近地面的熱空氣的折射率比上層空氣的折射率_，從遠處物體射向地面

3、的光線的入射角大于臨界角時發(fā)生_，人們就會看到遠處物體的倒景2全反射棱鏡(1)形狀：截面為_三角形的棱鏡小全反射等腰直角(2)光學特性當光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時，光在截面的斜邊上發(fā)生_，光射出棱鏡時，傳播方向改變了_.當光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時，在兩個直角邊上各發(fā)生一次_，使光的傳播方向改變了_.全反射棱鏡的反射性能比鍍銀的平面鏡更好全反射90全反射180思考感悟能否用折射率為1.25的透明材料制成截面為等腰直角三角形的全反射棱鏡？三、光導纖維及應用1光導纖維是由折射率_的玻璃內(nèi)芯和折射率_的外層透明介質(zhì)組成的2(1)光纖通信是光導纖維的一個重要應用，光纖通信先將聲音信號轉(zhuǎn)換為_，利

4、用光纖把_輸出；到接收端再將_還原為_大小光信號光信號光信號聲音信號(2)光導纖維的優(yōu)點：質(zhì)地輕、彎曲自如、傳光效率高、抗機械振動、耐腐蝕性好、能量損耗小、抗干擾能力強、保密性好等核心要點突破一、全反射的理解1對光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解(1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對而言的，不是絕對的同一種介質(zhì)到底是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì)，是不確定的例如，水晶(n1.55)對玻璃(n1.5)是光密介質(zhì)，而對金剛石(n2.42)來說，就是光疏介質(zhì)(2)光從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)時，折射角小于入射角；反之，光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角(3)光疏和光密，是從介質(zhì)的光學特性來說的，并不是它的密度大小例如，酒

5、精的密度比水小，但酒精(n1.36)和水(n1.33)相比，酒精的折射率大，是光密介質(zhì)介質(zhì)的疏密是相對的，而介質(zhì)的密度大小是絕對的(4)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較表光的速度折射率光疏介質(zhì)大小光密介質(zhì)小大特別提醒：任何兩種透明介質(zhì)都可以通過比較光在其中的傳播速度的大小或折射率的大小，判斷哪個是光疏介質(zhì)，哪個是光密介質(zhì)2對全反射現(xiàn)象的分析(1)全反射現(xiàn)象光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角當入射角增大，反射光增強，折射光減弱，繼續(xù)增大入射角，當折射角達到90時，折射光全部消失，入射光全部被反射回原介質(zhì)，當入射角再增大時，入射光仍被界面全部反射回原介質(zhì)，這種現(xiàn)象叫全反射

6、(2)從能量角度來理解全反射：當光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，隨著入射角增大，折射角也增大同時折射光強度減弱，即折射光能量減小，反射光強度增強，能量增加，當入射角達到臨界角時，折射光強度減弱到零，入射光的能量全部集中到反射光即時應用(即時突破，小試牛刀)1(2010年高考山東卷)如圖421所示，一段橫截面為正方形的玻璃棒，中間部分彎成四分之一圓弧形狀，一細束單色光由MN端面的中點垂直射入，恰好能在弧面EF上發(fā)生全反射，然后垂直PQ端面射出圖421(1)求該玻璃棒的折射率(2)若將入射光向N端平移，當?shù)谝淮紊涞交∶鍱F上時_(填“能”“不能”或“無法確定能否”)發(fā)生全反射解析：(1)如圖所示，單色

7、光照射到EF弧面上時恰好發(fā)生全反射，由全反射的條件可知C45二、常見全反射現(xiàn)象及解釋1對“海市蜃樓”的解釋(1)氣候條件：當大氣比較平靜且海面與上層空氣溫差較大時，空氣的密度隨溫度的升高而減小，對光的折射率也隨之減小因海面上的空氣溫度比空中低，空氣的下層比上層折射率大我們可以粗略地把空中的大氣分成許多水平的空氣層，如圖422所示圖422(2)光路分析：遠處的景物反射的光線射向空中時，不斷被折射，射向折射率較小的上一層的入射角越來越大，當光線的入射角大到臨界角時，就會發(fā)生全反射現(xiàn)象，光線就會從高空的空氣層中通過空氣的折射逐漸返回折射率較大的下一層(3)虛像的形成：當光線進入人的眼睛時，人總認為光

8、是從反向延長線方向發(fā)射而來的，所以地面附近的觀察者就可以觀察到虛像且虛像成像于遠處的半空中，這就是“海市蜃樓”的景象2對“沙漠蜃景”的解釋(1)氣候條件：夏天在沙漠里也會看到蜃景，太陽照到沙地上，接近沙面的熱空氣層比上層空氣的密度小，折射率也小(2)光路分析：從遠處物體射向地面的光線，進入折射率小的熱空氣層時被折射，入射角逐漸增大，也可能發(fā)生全反射(3)虛像的形成：人們逆著反射光線看去，就會看到遠處物體的倒景(如圖423)，仿佛是從水面反射出來的一樣沙漠里的行人常被這種景象所迷惑，以為前方有水源而奔向前去，但總是可望而不可及圖4233炎熱夏季的柏油馬路路面看起來特別亮在炎熱夏季的柏油馬路(或高

9、速公路)上，會看到遠一點的路面上特別亮，像灑了水一樣濕漉漉的這是因為貼近熱路面附近的空氣層稀薄，比上層空氣的折射率小從遠處射向路面的光線，也可能發(fā)生全反射，從遠處看去，路面就像用水淋過一樣，顯得格外明亮光滑沙漠中行走的人在夏季會看到遠方特別亮，就像有湖泊一樣，與柏油馬路面看起來特別亮道理相同4水或玻璃中的氣泡特別明亮水或玻璃中的物體能被我們看見，是因為光照射物體時，有一部分光被物體反射，其中的一部分進入人的眼睛，引起視覺的緣故水或玻璃中的氣泡對于水或玻璃來說是光疏介質(zhì)，光經(jīng)水或玻璃照射氣泡時，一部分光會發(fā)生全反射，相對水或玻璃中的物體而言，有更多的光反射到人的眼睛中，光的能量大了，人眼會感覺特

10、別明亮海面上泛起的浪花看上去是白色的也是這個道理特別提醒：解釋生活中常見全反射問題，關鍵是確定以下兩點：哪部分是光疏介質(zhì)，哪部分是光密介質(zhì)入射光的來源和觀察者的位置即時應用(即時突破，小試牛刀)2夏天，海面下層空氣的溫度比上層低，我們設想海面上的空氣是由折射率不同的許多水平空氣層組成的，遠處的景物發(fā)出的或反射的光線由于不斷折射，越來越偏離法線方向，人們逆著光線看去就出現(xiàn)了海市蜃樓，如圖424所示，下列說法中正確的是()圖424A海面上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小B海面上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要大C海市蜃樓是景物的實像DB是海市蜃樓，A是景物解析：選A.因為海面上層空氣相對下層

11、空氣為光疏介質(zhì)，則海面上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小，故A正確；B錯誤；由于人的視覺總是認為光沿直線傳播，觀察到的是虛像，故C、D錯誤三、光導纖維1構造及傳輸原理光導纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有1 m10 m左右如圖425所示，它是由內(nèi)芯和外層兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外層的折射率，光由一端進入，在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射，從另一端射出圖425光導纖維可以遠距離傳播光，光信號又可以轉(zhuǎn)換成電信號，進而變?yōu)槁曇簟D像如果把許多(上萬根)光導纖維合成一束，并使兩端的纖維按嚴格相同的次序排列，就可以傳輸圖像2光導纖維的折射率設光導纖維的折射率為n，當入射光線入射角為1時，進入端面的折

12、射光線傳到側(cè)面時恰好發(fā)生全反射，如圖426所示，則有：圖426課堂互動講練類型一全反射條件及現(xiàn)象 如圖427，光線由空氣透過半圓形玻璃磚的光路圖中，正確的是(玻璃的折射率為1.5)()例1圖427A圖乙、丁B圖甲、丁C圖乙、丙 D圖甲、丙【答案】A【方法總結(jié)】正確運用全反射的條件，畫出光路圖，求出臨界角，再判斷是否能發(fā)生全反射，是解決全反射問題的關鍵變式訓練1(2011年南京六中高二期末)如圖428所示，MM是兩種介質(zhì)的界面，A是入射光線，B是反射光線，C是折射光線，O是入射光線的入射點，NN是法線，i是入射角，r是折射角，且ir.則下列判斷正確的是()圖428Ai逐漸增大時r也逐漸增大，有可

13、能發(fā)生全反射現(xiàn)象Bi逐漸減小時r也逐漸減小，有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象Ci逐漸增大時r將逐漸減小，有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象Di逐漸增大時r也逐漸增大，但不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象解析：選D.由題圖可知入射角i大于折射角r，光線由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，不可能發(fā)生全反射；由折射定律可知，i逐漸增大時r也逐漸增大故選D.類型二折射與全反射的綜合應用例2圖429一束與MN平面成45的平行光束射到玻璃的半圓柱面上，經(jīng)玻璃折射后，有部分光能從MN平面上射出，求能從MN射出的光束的寬度為多少？【自主解答】如圖4210所示，進入玻璃中的光線垂直于半球面，沿半徑方向直達球心位置O，且入射角等于臨界角，恰好在O點發(fā)生全反射圖42

14、9光線左側(cè)的光線(如光線)經(jīng)球面折射后，射在MN上的入射角一定大于臨界角，在MN上發(fā)生全反射，不能射出光線右側(cè)的光線經(jīng)半球面折射后，射到MN面上的入射角均小于臨界角，能從MN面上射出圖4210變式訓練2(2010年高考課標全國卷)如圖4211所示，一個三棱鏡的截面為等腰直角ABC，A為直角此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊，進入棱鏡后直接射到AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射該棱鏡材料的折射率為()圖4211 在光導纖維的端面上入射光滿足什么條件，才能使光在光導纖維中不斷發(fā)生全反射，從一端傳到另一端？(設光纖外層材料的折射率為1)類型三光導纖維的工作原理分析例3【精講精析】設當入射角為i時，進入端面的折射光線傳到側(cè)面時恰好發(fā)生全反射，如圖4212所示，則有：圖4212【答案】見精講精析【方法總結(jié)】光導纖維是全反射現(xiàn)象的應用之一，