粵教版選修34 認(rèn)識(shí)光的全反射現(xiàn)象 第1課時(shí) 學(xué)案.docx

全反射與光導(dǎo)纖維【預(yù)習(xí)目標(biāo)】1、理解光的全反射現(xiàn)象；2、掌握臨界角的概念和；3、全反射的應(yīng)用。【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】發(fā)生全反射的條件及全反射的應(yīng)用【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】發(fā)生全反射的條件【自主學(xué)習(xí)】一、光疏媒質(zhì)與光密媒質(zhì)1、定義:1)、光疏媒質(zhì): 稱為光疏媒質(zhì).2)、光密媒質(zhì): 稱為光密媒質(zhì). 因,對(duì)光疏媒質(zhì),n較 ,v較 . 對(duì)光密媒質(zhì),n較 ,v較 .故也可以說(shuō),對(duì)于兩種媒質(zhì),光在其中傳播速度較大的是 媒質(zhì),光在其中傳播速度較小的是 媒質(zhì).反過(guò)來(lái)說(shuō),同一種光在光疏媒質(zhì)中傳播速度較 ,在光密媒質(zhì)中傳播速度較 . 2、理解:1)、光疏媒質(zhì)光密媒質(zhì)是相對(duì)而言的.只有對(duì)給定的兩種媒質(zhì)才能談光疏媒質(zhì)與光密媒質(zhì).沒有絕對(duì)的光密媒質(zhì).2)、光疏媒質(zhì)與光密媒質(zhì)的界定是以折射率為依據(jù)的,與媒質(zhì)的其它屬性(如密度等)無(wú)關(guān).例如：水和酒精，n水1.33n酒精1.36，酒精相對(duì)于水而言是光密介質(zhì)，但水酒。3、對(duì)折射的影響（1）光由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí)，折射角 入射角（2）光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角 入射角 學(xué)生p47一、光的全反射1全反射和臨界角(1)全反射：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，逐漸增大入射角，會(huì)看到折射光線離法線越來(lái)越遠(yuǎn)且越來(lái)越弱，反射光線會(huì)越來(lái)越強(qiáng)當(dāng)入射角增大到某一角度，折射光線完全消失，只剩下反射光線，這種現(xiàn)象叫做光的全反射(2)臨界角：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，剛好發(fā)生全反射，即折射角等于90時(shí)的入射角2全反射的條件(1)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)(2)入射角大于或等于臨界角二、光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1結(jié)構(gòu)光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，直徑從幾微米到一百微米之間，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光在光纖內(nèi)傳播時(shí)，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射2應(yīng)用(1)光纖通信：光信號(hào)能攜帶數(shù)碼信息、電視圖像和聲音等，其主要優(yōu)點(diǎn)是容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)(2)醫(yī)學(xué)：用光導(dǎo)纖維制成內(nèi)窺鏡，用來(lái)檢查人體的胃、腸、氣管等內(nèi)臟 學(xué)生p47一、對(duì)全反射現(xiàn)象的理解1光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)光疏介質(zhì)：折射率較小的介質(zhì)(即傳播速度大的介質(zhì))叫光疏介質(zhì)(2)光密介質(zhì)：折射率較大的介質(zhì)(即傳播速度小的介質(zhì))叫光密介質(zhì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對(duì)而言的2全反射光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角增大到某一角度，光線全部被反射回原光密介質(zhì)的現(xiàn)象3臨界角光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，折射角等于90時(shí)的入射角，用c表示4產(chǎn)生全反射的條件(1)光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)(2)入射角等于或大于臨界角5光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，從能量角度分析，在入射角逐漸增大的過(guò)程中，反射光的能量逐漸增強(qiáng)，折射光的能量逐漸減弱，一旦入射角等于臨界角，折射光線的能量實(shí)際上已減小為零，此時(shí)剛好發(fā)生全反射6當(dāng)光從介質(zhì)射入空氣(或真空)時(shí)，sin c.7介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角就越小，越容易發(fā)生全反射二、光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用1光導(dǎo)纖維的工作原理(1)光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱光纖，是把石英玻璃拉成直徑為幾微米到幾十微米的細(xì)絲，然后再包上折射率比它小的材料制成的(2)光導(dǎo)纖維之所以能傳輸信息，就是利用了光的全反射現(xiàn)象圖431如圖431所示，它是由內(nèi)芯和外套兩層組成的，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，光由一端進(jìn)入，在兩層的界面上經(jīng)多次全反射，從另一端射出光導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)距離傳播光，光信號(hào)又可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)而變?yōu)槁曇?、圖像如果把許多(上萬(wàn)根)光導(dǎo)纖維合成一束，并使兩端的纖維按嚴(yán)格相同的次序排列，就可以傳輸圖像2光導(dǎo)纖維的應(yīng)用(1)光纖通信原理：光纖通信是利用全反射的原理光纖通信的過(guò)程：先將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，利用光纖傳輸光信號(hào)，最后把光信號(hào)輸出，到接收端再將光信號(hào)還原為聲音信號(hào)(2)光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：光導(dǎo)纖維具有質(zhì)地輕、彎曲自如、傳光效率高、抗機(jī)械振動(dòng)、耐腐蝕性好、能量損耗小、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，光纖通信還有一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)就是通信容量極大光導(dǎo)纖維還可以用來(lái)制作光導(dǎo)潛望鏡、醫(yī)用光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡等一、全反射的臨界條件分析半徑為r的半圓柱形玻璃，橫截面如圖432所示，o為圓心，已知玻璃的折射率為，一束光以與mn平面成45角的方向射向半圓柱形玻璃，求能從mn射出的光束的寬度為多少？圖432【導(dǎo)析】畫出光路圖，并確定出發(fā)生全反射的臨界光線【解析】如圖432所示，進(jìn)入玻璃中的光線垂直半球面，沿半徑方向直達(dá)球心位置o，且入射角等于臨界角，carcsin45，恰好在o點(diǎn)發(fā)生全反射光線左側(cè)的光線(如：光線)經(jīng)球面折射后，射在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面上射出最右邊射向半球的光線與球面相切，入射角i90，由折射定律知：sin ，則45.故光線將垂直mn射出所以在mn面上射出的光束寬度應(yīng)是oersin r.【答案】r解決這類全反射問(wèn)題一般分三步，首先弄清楚是否滿足發(fā)生全反射的條件，光線在哪個(gè)界面發(fā)生全反射；其次是根據(jù)臨界條件畫出光路圖，除找出剛好發(fā)生全反射的光線外，有時(shí)還要找出特殊光線(如本題中的光線)；最后利用光學(xué)知識(shí)和幾何知識(shí)進(jìn)行推理和計(jì)算. 1在厚度為d、折射率為n的大玻璃板下表面，有一個(gè)半徑為r的圓形發(fā)光面為了從玻璃板的上方看不見這個(gè)圓形發(fā)光面，可在玻璃板的上表面貼一塊圓形紙片，問(wèn)所貼紙片的最小半徑應(yīng)為多大？【解析】根據(jù)題述，光路如圖所示，圖中s點(diǎn)為圓形發(fā)光面邊緣上一點(diǎn)由該點(diǎn)發(fā)出的光線能射出玻璃板的范圍由臨界光線sa確定，當(dāng)入射角大于臨界角c時(shí)，光線就不能射出玻璃板了圖中rdtan cd，而sin c，則cos c，所以r.故應(yīng)貼圓紙片的最小半徑rrrr.【答案】r二、光的全反射的應(yīng)用如圖433所示，一根長(zhǎng)為l的直光導(dǎo)纖維，它的折射率為n.光從它的一個(gè)端面射入，又從另一個(gè)端面射出所需的最長(zhǎng)時(shí)間為多少？(設(shè)光在真空中的光速為c)圖433【導(dǎo)析】由題中的已知條件可知，要使光線從光導(dǎo)纖維的一端射入，然后從它的另一端全部射出，必須使光線在光導(dǎo)纖維中發(fā)生全反射現(xiàn)象要使光線在光導(dǎo)纖維中經(jīng)歷的時(shí)間最長(zhǎng)，就必須使光線的路徑最長(zhǎng)，即光對(duì)光導(dǎo)纖維的入射角最小根據(jù)全反射條件：ic可知入射角等于臨界角時(shí)，光線的路徑最長(zhǎng)，所需時(shí)間也最長(zhǎng)【解析】光導(dǎo)纖維的臨界角為carcsin，光在光導(dǎo)纖維中傳播的路程為dnl，光在光導(dǎo)纖維中傳播的速度為v，所需最長(zhǎng)時(shí)間為tmax.【答案】光導(dǎo)纖維是全反射現(xiàn)象的應(yīng)用，其構(gòu)造由內(nèi)芯和外套組成，內(nèi)芯的折射率大于外套，與此題相似的一類求極值的問(wèn)題，極值存在的條件均與全反射的臨界角有關(guān). 2光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高質(zhì)量的通信服務(wù)目前，我國(guó)正在大力建設(shè)高質(zhì)量的寬帶光纖通信網(wǎng)絡(luò)下列說(shuō)法正確的是()a光纖通信利用光作為載體來(lái)傳遞信息b光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光的衍射原理c光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光的色散原理d目前廣泛應(yīng)用的光導(dǎo)纖維是一種非常細(xì)的特制玻璃絲【解析】光纖是利用光的全反射現(xiàn)象而實(shí)現(xiàn)光作為載體的信息傳遞，光纖是內(nèi)芯折射率大于外層表皮折射率的很細(xì)的玻璃絲【答案】ad1關(guān)于光纖的說(shuō)法，正確的是()a光纖是由高級(jí)金屬制成的，所以它比普通電線容量大b光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲，但導(dǎo)電性能特別好，所以它比普通電線衰減小c光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，光纖是利用全反射原理來(lái)實(shí)現(xiàn)光的傳導(dǎo)的d在實(shí)際應(yīng)用中，光纖必須呈筆直狀態(tài)，因?yàn)閺澢墓饫w是不能傳導(dǎo)光的【解析】本題考查光導(dǎo)纖維的構(gòu)成及應(yīng)用光導(dǎo)纖維的作用是傳導(dǎo)光，它是直徑為幾微米到一百微米之間的特制玻璃絲，且由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大載有聲音、圖像及各種數(shù)字信號(hào)的激光傳播時(shí)，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射，光纖具有容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中，光纖是可以彎曲的所以，答案是c.【答案】c2關(guān)于全反射，下列說(shuō)法中正確的是()a發(fā)生全反射時(shí)，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線b光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，一定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象c光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象d水或玻璃中的氣泡看起來(lái)特別亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，在界面發(fā)生全反射【解析】全反射發(fā)生的條件是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角，發(fā)生全反射時(shí)全部光線均不進(jìn)入光疏介質(zhì)【答案】cd3一束光從空氣射向折射率為n的某種玻璃的表面，i代表入射角，則()a當(dāng)i45時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象b無(wú)論入射角i是多大，折射角都不會(huì)超過(guò)45c欲使折射角30，應(yīng)以i45的角度入射d當(dāng)入射角iarctan時(shí)，反射光線跟入射光線恰好互相垂直【解析】光從空氣射入玻璃時(shí)，不會(huì)發(fā)生全反射，a項(xiàng)錯(cuò)。由折射定律可知，b、c選項(xiàng)正確。當(dāng)入射角為arctan時(shí)，反射光線跟入射光線的夾角為2arctan，d項(xiàng)錯(cuò)【答案】bc4如圖，半圓形玻璃磚置于光屏pq的左下方一束白光沿半徑方向從a點(diǎn)射入玻璃磚，在o點(diǎn)發(fā)生反射和折射，折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶若入射點(diǎn)由a和b緩慢移動(dòng)，并保持白光沿半徑方向入射到o點(diǎn)，觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失在光帶未完全消失之前，反射光的強(qiáng)度變化以及光屏上最先消失的光分別是()圖434a減弱，紫光b減弱，紅光c增強(qiáng)，紫光 d增強(qiáng)，紅光【解析】光在傳播時(shí)隨入射角增大，反射光能量增強(qiáng)，折射光能量減少根據(jù)能量守恒定律可知，當(dāng)折射光線變?nèi)趸蛳r(shí)反射光線的強(qiáng)度將增強(qiáng)，故a、b兩項(xiàng)均錯(cuò)；在七色光中紫光頻率最大且最易發(fā)生全反射，故光屏上最先消失的光是紫光，故c項(xiàng)正確，d項(xiàng)錯(cuò)誤【答案】c5光從空氣射入水中，當(dāng)入射角變化時(shí)，則()a反射角和折射角都發(fā)生變化b反射角和折射角都不變c反射角發(fā)生變化，折射角不變d折射角變化，反射角始終不變【解析】根據(jù)反射定律和折射定律判斷a對(duì)【答案】a6關(guān)于光的折射下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()a折射光線一定在法線和入射光線所確定的平面內(nèi)b入射線和法線與折射線不一定在一個(gè)平面內(nèi)c入射角總大于折射角d光線從空氣斜射入玻璃時(shí)，入射角大于折射角【解析】根據(jù)折射定律，入射光線、折射光線和法線一定在同一平面內(nèi)b錯(cuò)入射角不一定總大于折射角c錯(cuò)【答案】bc7一小球掉入一水池中，小球所受重力恰與其所受阻力和浮力的