1、4.6全反射与光导纤维4.7激光学习目标 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是相对的2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
2、反射现象，也叫做全内反射3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4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、全反射导学探究光从空气射入
3、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，若i再增大，则折射光线会消失知识深化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)光从光密介质射至光疏介质时，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
4、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，Carcsin .(2)全反射发生的条件光从光密介质射至光疏介质入射角大于或等于临界角(3)全反射现象中能量分配关系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(多选)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
5、，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答案ACD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
6、能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，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.二、全反射现象的应用导学探究如图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，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车那么
7、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知识深化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：当光垂直于它的一个界面射入后，会在其内部发生全反射，比平面镜的反射率高，几乎可达100%；反射面不必涂任何反光物质，反射失真小2光导纤维(1)原理：利用了光的全反射(2)构造：光导纤维由内层纤芯和外面包层两层组成内层纤芯的折射率比外面包层的大光传播时在内层纤芯与外面包层的界面上发生全反射(3)特点：容量大，能量损耗小、抗干扰能力强，保密性好等例2光导纤维的结构如图4所示，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4A内芯的折射率比外套的大，光
8、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折射D内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用答案A解析光导纤维很细，它由内芯和外套两层组成，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三、全反射的定量计算例3一厚度为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答案解析如图，考虑从
9、圆形发光面边缘的A点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃上表面的A点折射，根据折射定律有n sin sin 式中，n是玻璃的折射率，是入射角，是折射角现假设A恰好在纸片边缘：由题意，在A点刚好发生全反射，故sin sin C设AA线段在玻璃上表面的投影长为L，由几何关系有sin 由题意，纸片的半径应为RLr联立以上各式得n 1全反射与光导纤维2激光1如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是()答案A解析光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于临界角，则发生全反射；如果入射角小于临界角，则在界面处既有反射光线，又有折射光线，但折射角应大于入射角，选项A正确
10、，选项C错误当光从空气射入玻璃砖时，在界面处既有反射光线，又有折射光线，且入射角大于折射角，选项B、D错误2(多选)光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生全反射，那么必须满足的条件是()Aa是光密介质，b是光疏介质B光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度C光的入射角必须大于或等于临界角D光的入射角必须小于临界角答案AC3让激光照到CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声音和图像，这是利用光的()A平行度好，可以会聚到很小的一点上B相干性好，可以很容易形成干涉图样C亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量D波长短，很容易发生明显的衍射现象答案A解析激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误