新教材同步系列2024春高中物理第4章光及其應(yīng)用第3節(jié)光的全反射與光纖技術(shù)課件粵教版選擇性必修第一冊

第四章光及其應(yīng)用第三節(jié)光的全反射與光纖技術(shù)學(xué)習(xí)任務(wù)1．理解全反射現(xiàn)象和臨界角的概念，知道光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)和發(fā)生全反射的條件．2．能用光線模型探索生活中光的全反射現(xiàn)象．3．了解光導(dǎo)纖維的工作原理及其應(yīng)用．4．能從不同角度思考光傳播的問題．必備知識·自主預(yù)習(xí)儲備01知識梳理基礎(chǔ)自測知識點一光的全反射現(xiàn)象1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)光疏介質(zhì)：折射率較__(選填“大”或“小”)的介質(zhì)．(2)光密介質(zhì)：折射率較__(選填“大”或“小”)的介質(zhì)．(3)光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是____(選填“相對”或“絕對”)的．小大相對2．光的全反射當(dāng)光從折射率____的介質(zhì)(光密介質(zhì))射入折射率____的介質(zhì)(光疏介質(zhì))時，折射角____入射角且隨入射角增大而增大．當(dāng)入射角達到一定角度，折射角變成90°，繼續(xù)增大入射角，折射角將________．此時，入射光線全都被反射回折射率較大的介質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱為光的全反射．較大較小大于大于90°3．臨界角剛好發(fā)生全反射，折射角等于____時的入射角，稱為臨界角，記作__．光從介質(zhì)射入空氣(真空)時，發(fā)生全反射的臨界角ic與介質(zhì)的折射率n的關(guān)系是_________．4．發(fā)生光的全反射的兩個必要條件(1)光線從____介質(zhì)射入____介質(zhì)．(2)入射角____或____臨界角．90°ic

光密光疏等于大于知識點二光導(dǎo)纖維的工作原理1．光纖及原理光導(dǎo)纖維簡稱光纖，它能把光(信號)從一端遠距離傳輸?shù)焦饫w的另一端，其原理就是利用了__________．2．光纖的構(gòu)造光纖用的是石英玻璃或塑料拉制成的細絲，光纖由____和____組成，纖芯的折射率____包層的折射率，光傳播時在纖芯與包層的界面上發(fā)生______．光的全反射纖芯包層大于全反射知識點三光纖技術(shù)的實際應(yīng)用1．光纜可以用來傳送____，醫(yī)學(xué)上用來檢查人體消化道的______就是利用了這種性質(zhì)．2．光纖寬帶、光纖電話、光纖有線電視等光纖通信網(wǎng)絡(luò)進入千家萬戶．圖像內(nèi)窺鏡1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)．(1)光從空氣射入水中時可能發(fā)生全反射現(xiàn)象． (

)(2)光密介質(zhì)，是指介質(zhì)的折射率大，密度不一定大． (

)(3)魚缸中上升的氣泡亮晶晶的，是由于光射到氣泡上發(fā)生了全反射． (

)(4)光纖一般由折射率小的玻璃內(nèi)芯和折射率大的外層透明介質(zhì)組成． (

)×√√×2．已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按以下幾種方式傳播，可能發(fā)生全反射的是(

)A．從水晶射入玻璃 B．從水射入二硫化碳C．從玻璃射入水中 D．從水射入水晶C

[發(fā)生全反射的條件之一是光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，光密介質(zhì)折射率較大，故只有C正確．]√3．華裔科學(xué)家高錕獲得2009年諾貝爾物理學(xué)獎，他被譽為“光纖通信之父”．光纖通信中信號傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維，它的結(jié)構(gòu)如圖所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播．下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法中正確的是(

)A．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B．內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射C．波長越短的光在光纖中傳播的速度越大D．頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大√A

[光纖內(nèi)芯比外套折射率大，光在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射，A正確，B錯誤；頻率大的光波長短，折射率大，在光纖中傳播速度小，C、D錯誤．]關(guān)鍵能力·情境探究達成02考點1全反射考點2光導(dǎo)纖維的應(yīng)用光照到兩種介質(zhì)界面處，發(fā)生了如圖所示的現(xiàn)象．(1)上面的介質(zhì)與下面的介質(zhì)哪個折射率大？(2)全反射發(fā)生的條件是什么？提示：(1)下面的介質(zhì)折射率大．(2)一是光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；二是入射角大于等于臨界角．◆考點1

全反射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)的比較：介質(zhì)種類光的傳播速度折射率光疏介質(zhì)大小光密介質(zhì)小大(2)相對性：光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對的．任何兩種透明介質(zhì)都可以通過比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來判斷誰是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)．2．全反射規(guī)律(1)全反射的條件：①光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)．②入射角大于或等于臨界角．(2)全反射遵循的規(guī)律：發(fā)生全反射時，光全部返回原介質(zhì)，入射光與反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光線，光的折射定律不再適用．(3)光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來說的，并不是它的密度大?。纾凭拿芏缺人?，但酒精和水相比酒精是光密介質(zhì)．3．不同色光的臨界角不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時，頻率越高的光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射，說明頻率越高的色光在同一種介質(zhì)中的折射率越大．【典例1】一厚度為h的大平板玻璃水平放置，其下表面貼有一半徑為r的圓形發(fā)光面．在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片，圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線上．已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射)，求平板玻璃的折射率．

全反射定律的應(yīng)用技巧(1)首先判斷是否為光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)，如果是，下一步就要再利用入射角和臨界角的關(guān)系進一步判斷，如果不是則直接應(yīng)用折射定律解題即可．(2)分析光的全反射時，根據(jù)臨界條件找出臨界狀態(tài)是解決這類題目的關(guān)鍵．(3)當(dāng)發(fā)生全反射時，仍遵循光的反射定律和光路可逆性．(4)認真規(guī)范作出光路圖，是正確求解這類題目的重要保證．

√√

◆訓(xùn)練角度2全反射與折射定律的綜合2．如圖所示，半圓形透明介質(zhì)的橫截面，其半徑為R.一束光從半圓形透明介質(zhì)的左邊緣以入射角60°射入透明介質(zhì)，光束在半圓形透明介質(zhì)的弧形面發(fā)生兩次反射后剛好從半圓形透明介質(zhì)的另一邊緣射出．已知光在真空中傳播的速度為c.求：

◆考點2

光導(dǎo)纖維的應(yīng)用1．構(gòu)造及傳播原理(1)構(gòu)造：光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有1～100μm，如圖所示，它是由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率．(2)傳播原理：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，光導(dǎo)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．

光導(dǎo)纖維問題的解題關(guān)鍵第一步：抓關(guān)鍵點．第二步：找突破口．“從一個端面射入，從另一個端面射出”，根據(jù)這句話畫出入射、折射及全反射的光路圖，根據(jù)全反射的知識求解問題．關(guān)鍵點獲取信息光導(dǎo)纖維工作原理：全反射光束不會側(cè)漏光束在側(cè)壁發(fā)生全反射

√

學(xué)習(xí)效果·隨堂評估自測031．(2022·浙江6月選考)如圖所示，王亞平在天宮課堂上演示了水球光學(xué)實驗，在失重環(huán)境下，往大水球中央注入空氣，形成了一個空氣泡，氣泡看起來很明亮，其主要原因是(

)A．氣泡表面有折射沒有全反射B．光射入氣泡衍射形成“亮斑”C．氣泡表面有折射和全反射D．光射入氣泡干涉形成“亮紋”1234√5C

[當(dāng)光從水中射到空氣泡的界面處時，一部分光的入射角大于或等于臨界角，發(fā)生了全反射現(xiàn)象；還有一部分光折射到內(nèi)壁然后再折射出去，所以水中的空氣泡看起來比較亮．故選C.]123452．(2022·江蘇南京市寧海中學(xué)高二期中)光纖通信具有傳輸容量大，保密性好等優(yōu)點．光導(dǎo)纖維由內(nèi)芯和外套兩層組成，光從一端進入，從另一端傳出，下列說法正確的是(

)A．內(nèi)芯的折射率應(yīng)小于外套的折射率B．光在光纖內(nèi)的波長等于光在空氣中的波長C．紅光在光纖內(nèi)的傳播速度比紫光大D．以相同入射角從端面入射時，紅光在光纖內(nèi)的傳播路程比紫光短1234√5

123453．(2022·上海市嘉定區(qū)第一中學(xué)高二期中)兩種單色光由水中射向空氣時發(fā)生全反射的臨界角分別為θ1、θ2，已知θ1＞θ2，用n1、n2分別表示水對兩種單色光的折射率，v1、v2分別表示兩種單色光在水中的傳播速度，則(

)A．n1＜n2，v1＜v2

B．n1＜n2，v1＞v2C．n1＞n2，v1＜v2 D．n1＞n2，v1＞v21234√5

123454．如圖所示，口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球，則(

)A．小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球B．小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出C．小球所發(fā)的光從水中進入空氣后頻率變大D．小球所發(fā)的光從水中進入空氣后傳播速度變大1234√5D

[小球發(fā)出的光先從水中傳播，然后再射入空氣中，故我們從側(cè)面就可以看到小球，故A錯誤；由于光從水中射入空氣中，故當(dāng)入射角大于臨界角時，光會發(fā)生全反射，故球所發(fā)的光不是從水面任何區(qū)域都能夠射出的，故B錯誤；光從水中進入空氣后頻率不變，由于折射率變小，故光的傳播速度變大，故C錯誤，D正確．]123455．如圖所示，AB為光導(dǎo)纖維，A、B之間距離為s，使一光脈沖信號從光導(dǎo)纖維中間入射，射入后在光導(dǎo)纖維與空氣的界面上