人教版 (2019)选择性必修 第一册2 全反射背景图课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册2 全反射背景图课件ppt，共45页。PPT课件主要包含了折射光，反射光，临界角，大于或等于，等腰直角，全反射，提示不一定等内容，欢迎下载使用。
整体感知·自我新知初探
[学习任务]　1．了解光的全反射，知道光疏介质、光密介质、临界角等概念。2．了解光导纤维的原理及应用。3．理解全反射的条件，能利用全反射规律解释相关问题。4．观察全反射现象，经历探究全反射规律的过程。5．借助全反射棱镜和光导纤维在生产、生活中的应用，培养学生兴趣。
[问题初探]　问题1．全反射的条件是什么？问题2．光纤通信的原理是什么？问题3．全反射棱镜的原理是什么？
[自我感知]　经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
探究重构·关键能力达成
1．光疏介质和光密介质：对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的称为____介质，折射率较大的称为____介质，光疏介质与光密介质是____的。
2．全反射：当光从____介质射入____介质时，同时发生折射和反射，当入射角增大到某一角度，使折射角达到____时，______完全消失，只剩下______。这种现象叫作全反射，这时的入射角叫作______。3．全反射的发生条件(1)光线从____介质射入____介质。(2)入射角__________临界角。4．临界角C与折射率n的关系：光从介质射入空气(真空)时，sin C＝__。
提醒：介质的折射率越大，光线发生全反射的临界角越小。
如图所示，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。
问题1　比较图甲、乙，逐渐增大入射角，反射角(光线)和折射角(光线)有什么变化？
提示：图甲→图乙：入射角逐渐增大，反射角、折射角都逐渐增大；反射光越来越强，折射光越来越弱。
问题2　观察图丙，有什么特点？
提示：图丙中折射光消失，反射光与入射光的亮度几乎相同，发生了全反射。
1．光疏介质和光密介质的分析(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。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质。(3)光疏、光密与密度的关系：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。
(3)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大，同时折射光强度减弱，能量减小，反射光强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。
3．含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质，由于介质对不同色光的折射率不同，各种色光的偏折程度不同。各种色光的比较
注意：各种色光在真空中速度一样。
【典例1】　(对光的全反射的理解)如图甲所示，为研究一半圆柱体透明新材料的光学性质，用激光由真空沿半圆柱体径向射入，入射光线与法线成θ角，光学传感器CD可以探测反射光的强度。实验获得从AB面反射回来的反射光的强度随θ角变化的情况如图乙所示。光在真空中传播速度为c，则该激光在这种透明新材料中(　　)
【典例2】　(选自教科版教材·全反射现象的应用)在平静的水面下1 m处有一点光源Q，求这个点光源发出的光能从多大面积的水面上射出来。(水的折射率为1.33)
思路点拨：只有当光射向水面的入射角小于临界角时，光才能透过水面射出来，这个透光的区域呈圆形。只要求出光由水射向空气而发生全反射时的临界角C，就可以求出水面透光区域的半径，进而求出它的面积。
[解析]　如图所示，O为点光源正上方水面上一点，P为光以临界角入射到水面上的一点，以R＝OP为半径的圆的面积即为水面透光的面积。
[答案]　4.08 m2
1．全反射棱镜(1)形状：截面为________三角形的棱镜。(2)全反射棱镜的特点：当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生______，与平面镜相比，它的反射率很高。
知识点二　全反射棱镜和光导纤维
2．光导纤维(1)导光原理：利用了光的______。(2)构造：由内芯和外套两层组成。内芯的折射率比外套的__，光传播时在内芯与外套的界面上发生______。(3)光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等。(4)光纤通信的优点是传输容量__、衰减__、抗干扰性及保密性强等。
图甲为双筒望远镜，其核心部件是全反射棱镜；图乙为医用内窥镜，其重要部件是光导纤维作传像束。
问题1　全反射棱镜应用了光的全反射原理，其构造有什么特点？
提示：全反射棱镜的截面是等腰直角三角形。
问题2　光导纤维应用了什么原理？其构造有什么特点？
提示：光导纤维应用了光的全反射原理，其构造是非常细的特制玻璃丝，它由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大。
1．光通过全反射棱镜时的几种入射方式
2．光导纤维内芯的折射率设光导纤维内芯的折射率为n，当入射光线的入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示。
【典例3】　(全反射棱镜)空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图所示，方框内有两个折射率为n＝1.5的全反射棱镜。下列选项中给出了两个棱镜的四种放置方式的示意图，其中能满足题意的是(　　)
A　　　　B　　　　C　　　　D
B　[四个选项中棱镜产生的光路效果如图所示，由光路图知，选项B满足题意。]
(1)该激光在光导纤维中的速度v；(2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间。
[答案]　(1)2.1×108 m/s　(2)2.7×10-8 s
规律方法　求解光导纤维问题的注意点(1)全反射问题：要使光在光导纤维侧面发生全反射，光在光纤侧面的入射角必须大于或等于临界角，注意光在光纤侧面的入射角与进入光纤端面时的入射角之间的关系。(2)传播时间问题：光在光纤中的传播时间，等于光纤长度与光在光纤中的传播速度在光纤轴线方向的分量的比值。在刚好发生全反射时，光在光纤中的传播速度在光纤轴线方向的分量最小，传播时间最长。
【典例5】　(光纤通信)如图所示为某种新型光导纤维材料的一小段，材料呈圆柱状，其横截面为矩形MNPQ，其中MQ为直径，一束单色光在纸面内以入射角α从空气射向圆心O。
(1)若α＝45°时，单色光刚好不从MN射出，求光导纤维的折射率；(2)若无论入射角α为多少，单色光都不从MN或QP射出，求光导纤维的折射率的最小值。
【教用·备选例题】　(不同频率光的全反射)在北方寒冷的冬天，有时会出现“多个太阳”的“幻日”奇观，这是空气中的水蒸气在极冷的大气里凝结成了小冰晶，太阳光线通过冰晶发生折射的缘故。如图所示为太阳光照射到六角形冰晶上折射的光路图，a、b是太阳光中的两种单色光，由此可以判断，冰晶对单色光a的折射率________(选填“大于”或“小于”)冰晶对单色光b的折射率，单色光a在冰晶中的传播速度比单色光b在冰晶中的传播速度________(选填“大”或“小”)。如果让太阳光从水中射向空气，逐渐增大入射角，则a、b两种单色光中，单色光________(选填“a”或“b”)更容易发生全反射。
应用迁移·随堂评估自测
1．(多选)关于全反射，下列说法正确的是(　　)A．光从光密介质射入光疏介质时可能发生全反射B．光从光疏介质射入光密介质时可能发生全反射C．光从折射率大的介质射入折射率小的介质时可能发生全反射D．光从其传播速度大的介质射入其传播速度小的介质时可能发生全反射
2．(2022·浙江6月选考)如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是(　　)
A．气泡表面有折射没有全反射B．光射入气泡衍射形成“亮斑”C．气泡表面有折射和全反射D．光射入气泡干涉形成“亮斑”
C　[光线从水进入气泡时，是从光密介质进入光疏介质，满足发生全反射的条件，即气泡看起来很明亮的原因是气泡表面有折射和全反射，A错误，C正确；该现象与干涉和衍射无关，B、D错误。]
3．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。]
4．瓦斯是无色、无味、透明的气体，折射率比空气大。如图所示的是煤矿安保系统中常用的一种逻辑判断元件，这种元件的“核心构件”是两个完全相同的、截面为等腰直角三角形的棱镜，两棱镜被平行拉开一小段距离，形成的通道与矿道大气相通。棱镜对红光的折射率为 1.5，一束红光从棱镜1的左侧垂直射入，下列说法正确的是(　　)
A．正常情况下这束红光能通过棱镜2射出B．将入射光改成绿光能提高瓦斯检测的灵敏度C．只要矿道空气中存在瓦斯，这束红光便不能从棱镜2射出D．只有矿道空气中瓦斯达到危险浓度时，这束红光才能从棱镜2射出
回归本节知识，完成以下问题：1．发生全反射的条件是什么？
提示：光由光密介质进入光疏介质，入射角大于或等于临界角。
2．密度大的介质一定是光密介质吗？
3．光的全反射有哪些常见应用？
提示：全反射棱镜、光导纤维、内窥镜。
阅读材料·拓宽物理视野
光纤通信发展新趋势——全光网络在光纤光缆中实现超高速、超大容量和超长距离的传输是光纤通信技术所不懈追求的，而实现全光网络覆盖是光纤通信的最终目标。所谓全光网络，是指网络传输与网络交换过程全部以光信号完成，只在进出网络时才进行光电转换。在传输过程中无需对电信号进行处理，因此可采用SDH、PDH和ATM等各种传输方式，有效地
提高网络利用率。全光网络将是光纤通信技术发展的终极目标和理想阶段，未来的超高速通信网络将由全光网络覆盖。现有的光纤网络仅仅实现了网络节点之间的全光通信，而网络节点部分仍为电器件，电器件自身的性能成了通信系统骨干网总容量提高的一大瓶颈。全光网络中全部环节的电节点都由光节点替换，节点之间的通信也实现了全光化，信息的传输与交换始终以光信号形式完成，在对数据信息进行计算与处理的过程中不再以“比特”为基本单位，取而代之的是“波长”。因此，全光网络将是今后光纤通信技术研究中一个非常重要的课题，也是一个具有颠覆性的课题。目前，全光网
络还处在发展初期、理论研究阶段，但已显现出良好的发展势头与明显的技术优势。从技术发展趋势来看，形成一个以光交换技术结合WDM技术为核心的光通信网络层，通过消除光电转换瓶颈从而建立全光网络已成为光纤通信发展的必然趋势，更是未来通信系统传输网络的核心。