物理粤教版 (2019)第三节 光的全反射与光纤技术教案配套ppt课件

这是一份物理粤教版 (2019)第三节 光的全反射与光纤技术教案配套ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了完全消失，反射光，光的全反射，全反射，内窥镜等内容，欢迎下载使用。

1．理解全反射现象和临界角的概念，知道光疏介质、光密介质和发生全反射的条件．2．能用光线模型探索生活中光的全反射现象．3．了解光导纤维的工作原理及其应用．4．能从不同角度思考光传播的问题．
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，同时发生折射和反射，如果入射角逐渐增大，折射光线离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光线却越来越强．当入射角达到某一角度，使折射角达到______，折射光线__________，只剩下______线，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____ (有时也记作C)．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
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．同种介质在不同的比较中结果可能不同，如水、水晶和金刚石，水晶对水来说是光密介质，但对金刚石来说是光疏介质．(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．
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．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．4．生活中的全反射现象及其应用(1)夏季的早晨，从某一方向看植物叶子上的露珠会格外明亮，玻璃中的气泡从侧面看也是特别明亮．解释：光照射露珠或经玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，有更多的光反射到人的眼睛中，人就会感觉特别明亮．
(2)全反射棱镜： 特点：①当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高；②反射时失真小，两种反射情况如图甲、乙所示．
应用：如图所示，自行车后面有尾灯，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上，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．
【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．
规律方法　解答全反射定律的技巧(1)解答全反射问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于或等于临界角．(2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在画光路图时尽量与实际相符．
[跟进训练]1．1870年，英国物理学家丁达尔做了“水流导光”的实验．某学习小组进行类似的实验研究，在透明塑料瓶装满水，在其侧面开一小孔，打开瓶盖后，水从小孔流出形成弯曲不散开的水流，用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，将看到光沿弯曲水流传播的现象，对此下列说法正确的是(　　)A．这是一种光的折射现象B．这是一种光的全反射现象C．这是一种光的衍射现象D．该实验证明了光在均匀介质中可以不沿直线传播
B　[当某一频率的激光从水中射向空气时，若入射角大于或等于激光的临界角，则激光会发生全反射，保持在水中传播，从而看到光沿弯曲水流传播的现象，即该现象是一种光的全反射现象；激光在水中仍沿直线传播，该实验不能证明光在均匀介质中可以不沿直线传播．故选B．]
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．
[思路点拨]　(1)由光导纤维的折射率可计算临界角．(2)光在光导纤维侧面上发生全反射现象，计算出光的总路程，根据光速可求出传播时间．
[答案]　(1)2.1×108 m/s　(2)2.7×10-8 s
学习效果·随堂评估自测
1．庄子与惠子游于濠梁之上．庄子曰：“鲦鱼出游从容，是鱼之乐也．”人在桥上观鱼时(　　)A．人能看到鱼，鱼不能看到人B．人看到的鱼是经反射所成的像C．鱼看到的人的位置比人的实际位置低D．人看到的鱼的位置比鱼的实际位置高
D　[根据光路的可逆性，人能看到鱼，鱼也一定能看到人，A错误；人看到的鱼是经光的折射所成的像，B错误；人在空气中，人作为等效光源，入射角大于折射角，鱼沿折射光线的反向延长线看人，鱼看到的人的位置比人的实际位置高，C错误；同理，人看到的鱼的位置比鱼的实际位置高，D正确．故选D．]
2．(多选)如图所示，光纤通信的主要部件为光导纤维，其由纤芯和包层两部分组成，以合适角度进入光纤的光能够在纤芯和包层分界面上发生全反射，以折线的形式沿着光纤传播．下列说法正确的是(　　)A．纤芯的折射率大于包层的折射率B．减小光在入射端的入射角i，光在光纤中的传播时间将增大C．光的波长增大时，纤芯对光的折射率将增大D．光的波长增大时，其在纤芯中的传播速度将增大
3．两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＜v2B．n1＜n2，v1＞v2C．n1＞n2，v1＜v2D．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，故当入射角大于或等于临界角时，光会发生全反射，故球所发的光不能从水面任何区域射出，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．(2021·广东卷)如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的．光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为α，折射角为β；光从P点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角θ的正弦值表达式．
提示：光由光密介质射向光疏介质，入射角大于或等于临界角．
2．不同色光临界角不同，哪种色光最容易发生全反射？
3．光导纤维的传播原理？
提示：光从一端进入，经过多次全反射，从另一端射出，再将光信号转换成电信号，传播声音和图像．
回顾本节内容，自主完成以下问题：1．全反射的条件？
考点一　对全反射的理解1．(多选)下述现象哪些是由于全反射造成的(　　)A．露珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮B．直棒斜插入水中时呈现弯折现象C．口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，当他们喜出望外地奔向那潭池水时，池水却总是可望而不可即D．在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮
课时分层作业(十三)　光的全反射与光纤技术
ACD　[露珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下在部分位置发生全反射，所以格外明亮，故A正确；直棒斜插入水中时呈现弯折现象是由于光的折射，故B错误；口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，是折射和全反射形成的现象，故C正确；盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮，是由于发生了全反射，故D正确．]
2．(多选)关于全反射，下列说法正确的是(　　)A．发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线B．光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象C．光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射现象D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射
CD　[全反射是当光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于等于临界角时发生的现象，发生全反射时全部光线均不进入光疏介质．光从水或玻璃射向气泡时，一部分光线在界面发生了全反射，即反射光增强，透射光减弱，就使气泡看起来特别亮，A、B错误，C、D正确．]
3．某物理兴趣小组用实验探究光的色散规律，他们将半圆形玻璃砖放在竖直面内，在其左方竖直放置一个很大的光屏P，让一复色光束SA射向玻璃砖的圆心O后，有a和b两束单色光射向光屏P，如图所示．他们根据实验现象提出了以下四个猜想，你认为正确的是(　　)A．单色光a的波长小于单色光b的波长B．在玻璃中单色光a的传播速度大于单色光b的传播速度C．单色光a通过玻璃砖所需的时间大于单色光b通过玻璃砖所需的时间D．在光束SA绕圆心O逆时针转动的过程中，在光屏P上最早消失的是a光
考点三　光导纤维8．如图所示的长直光纤，柱芯为玻璃，外层用折射率比玻璃小的介质包覆．若光线自光纤左端进入，与中心轴的夹角为θ，则下列有关此光线传播方式的叙述，正确的是(　　)A．不论θ为何值，光线都不会发生全反射B．不论θ为何值，光线都会发生全反射C．θ够小时，光线才会发生全反射D．θ够大时，光线才会发生全反射
C　[发生全反射的条件是光由光密介质射入光疏介质及入射角i要大于或等于临界角C，即光线传播到光纤侧面时的入射角i应满足i＝90°－θ≥C，θ≤90°－C，故选项C正确．]
9．光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的．如图所示，一光导纤维内芯折射率为n1，外层折射率为n2，一束光信号与界面夹角为α由内芯射向外层，要在界面发生全反射，必须满足的条件是(　　)A．n1>n2，α小于某一值B．n1n2，α大于某一值D．n1A　[光在内芯和外层的界面上发生全反射，则内芯的折射率n1大于外层的折射率n2，由于入射角要大于或等于临界角，所以α应小于某一值．故A正确，B、C、D错误．]
10．(多选)如图所示，ABC为一玻璃三棱镜的截面，一束光线MN垂直于AB面射入，在AC面发生全反射后从BC面射出，则(　　)A．由BC面射出的红光更偏向AB面B．由BC面射出的紫光更偏向AB面C．若∠MNB变小，最先从AC面透出的是红光D．若∠MNB变小，最先从AC面透出的是紫光
BC　[在AC面发生全反射后从BC面射出时，所有光线在BC面上入射角相等，由于玻璃对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大，根据折射定律得到，在BC面上的折射角红光的最小，紫光的最大，则由BC面射出的紫光更偏向AB面，故A错误，B正确；若∠MNB变小，在AC面入射角减小，由于红光的临界角最大，当入射角减小，最先不发生全反射，最先从AC面透出，故C正确，D错误．]
11．方形透明容器充满某种透明液体，液体的深度h＝20 cm，在容器底部中心有一个点状复色(两种颜色)激光光源，光源的大小可忽略不计，液面上形成的光斑俯视图如图所示，测得液面内部光斑a的直径d＝30 cm，外部光环b的宽Δd＝6 cm，下列说法正确的是(　　)A．光斑a和光环b都是由单色光形成的B．若仅将液体的深度h变大，则光斑的面积变小C．液体对两种色光的折射率之比为35∶29D．光环b为单色光，这种色光在液体中的传播速度比另一种色光的传播速度小
C　[液面形成光斑的原因是光在液体内部射向液面时发生了全反射，最边缘光线对应的入射角等于临界角，折射率小的光对应的临界角大，形成的光斑直径大；折射率大的光对应的临界角小，形成的光斑直径小，因为小光斑部分还有折射率小的色光，所以光斑a是复色光形成的，光环b是由单色光形成的，故A错误；设光斑半径为r，边缘光线的光路如图所示
12．(2022·广东卷)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示．一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点．当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束．已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v．
13．光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强，载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以沿着光纤传到千里之外的另一端，实现光纤通信．如图长为L的一段直光导纤维，让一单色光线射向右侧截面某点，缓慢减小入射角α，发现减小至α＝60°时便不再有光从长侧面逸出．已知光在真空中的传播速度为c．求：(1)该光导纤维对这种单色光的折射率；(2)以不同入射角进入光纤的光信号传递到另一端所用的时间会有所不同，求最长时间．