2018-2019版高中物理 第4章 光的波動(dòng)性 4.6 全反射與光導(dǎo)纖維 4.7 激光課件 滬科版選修3-4.ppt

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1、4.6 全反射與光導(dǎo)纖維 4.7 激光,第4章 光的波動(dòng)性,[學(xué)習(xí)目標(biāo)],1.認(rèn)識(shí)光的全反射現(xiàn)象，知道光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)、全反射、臨界角的概念. 2.理解發(fā)生全反射的條件，能計(jì)算有關(guān)問(wèn)題和解釋相關(guān)現(xiàn)象. 3.知道全反射棱鏡及其應(yīng)用. 4.了解光導(dǎo)纖維的工作原理及其在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用. 5.了解激光的特性和應(yīng)用，了解全息照相的原理.,內(nèi)容索引,,重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān),自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì) 折射率較小的介質(zhì)稱為 ，折射率較大的介質(zhì)稱為 .光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是 的. 2.全反射現(xiàn)象 (1)臨界角：光由光密

2、介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角增大到一定程度時(shí)，折射角就會(huì)增大到 ，這時(shí)的 角叫做臨界角. (2)全反射現(xiàn)象：當(dāng)光線由 介質(zhì)射入 介質(zhì)時(shí)，如果入射角____ 臨界角，就發(fā)生全反射現(xiàn)象，也叫做全內(nèi)反射.,光疏介質(zhì),光密介質(zhì),90,入射,相對(duì),光密,光疏,大于,3.全反射的應(yīng)用 (1)全反射棱鏡：截面為 的棱鏡，利用 改變光路. (2)光導(dǎo)纖維：由折射率 的內(nèi)層纖芯和折射率 的外面包層組成，光傳播時(shí)在內(nèi)層纖芯與外面包層的界面上發(fā)生 .,等腰直角三角形,全反射,較大,較小,全反射,4.激光的特點(diǎn)及應(yīng)用,相同,恒定,一致,平行度,空間,時(shí)間,能量,重點(diǎn)探究,答案 由 ＝n知當(dāng)i

3、增大，r也會(huì)增大，隨著i的增大，r先增大到90，若i再增大，則折射光線會(huì)消失.,一、全反射,[導(dǎo)學(xué)探究] 光從空氣射入水中時(shí)，入射角大于折射角，由光路可逆知當(dāng)光從水中射入空氣時(shí)，折射角大于入射角(如圖1所示).若入射角i逐漸增大，折射角r如何變化？猜想一下當(dāng)i增大到90的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？,圖1,答案,[知識(shí)深化] 1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì),2.全反射現(xiàn)象 (1)臨界角：折射角為90時(shí)的入射角稱為全反射臨界角，簡(jiǎn)稱臨界角， 用C表示，C＝ . (2)全反射發(fā)生的條件 ①光從光密介質(zhì)射至光疏介質(zhì). ②入射角大于或等于臨界角.,(3)全反射現(xiàn)象中能量分配關(guān)系 ①折射角隨著入射角的增大而增大

4、，折射角增大的同時(shí)，折射光線的強(qiáng)度減弱，即折射光線的能量減小，亮度減弱，而反射光線的強(qiáng)度增強(qiáng)，能量增大，亮度增強(qiáng). ②當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)(即臨界角)，折射光能量減弱到零(即折射角為90)，入射光的能量全部反射回來(lái)，這就是全反射現(xiàn)象.,例1 (多選)如圖2所示，半圓形玻璃磚放在空氣中，三條同一顏色、強(qiáng)度相同的光線，均由空氣射入玻璃磚，到達(dá)玻璃磚的圓心位置.下列說(shuō)法正確的是 A.假若三條光線中有一條在O點(diǎn)發(fā)生了全反射， 那一定是aO光線 B. 假若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線cO一定能發(fā)生全反射 C.假若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線aO一定能發(fā)生全反射 D.假若光線aO恰能發(fā)生全反射，

5、則光線bO的反射光線比光線cO的反射 光線的亮度大,解析,√,答案,圖2,√,√,解析 三條入射光線沿著指向圓心的方向由空氣射向玻璃磚，在圓周界面，它們的入射角為零，均不會(huì)偏折.在直徑界面，光線aO的入射角最大，光線cO的入射角最小，它們都是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，都有發(fā)生全反射的可能.如果只有一條光線發(fā)生了全反射，那一定是aO光線，因?yàn)樗娜肷浣亲畲?，所以選項(xiàng)A對(duì).假若光線bO能發(fā)生全反射，說(shuō)明它的入射角等于或大于臨界角，光線aO的入射角更大，所以，光線aO一定能發(fā)生全反射，光線cO的入射角可能大于或等于臨界角，也可能小于臨界角，因此，cO光線不一定能發(fā)生全反射.所以選項(xiàng)C對(duì)，B錯(cuò). 假若

6、光線aO恰能發(fā)生全反射，則光線bO和光線cO都不能發(fā)生全反射，但bO光線的入射角更接近于臨界角，所以，光線bO的反射光線較光線cO的反射光線強(qiáng)，即光線bO的反射光線亮度較大，所以D對(duì)，本題答案選A、C、D.,二、全反射現(xiàn)象的應(yīng)用,[導(dǎo)學(xué)探究] 如圖3所示，自行車后有尾燈，它雖然本身不發(fā)光，但在夜間行駛時(shí)，從后面開來(lái)的汽車發(fā)出的強(qiáng)光照在尾燈后，會(huì)有較強(qiáng)的光被反射回去，使汽車司機(jī)注意到前面有自行車.那么自行車的尾燈采用了什么原理？,答案 采用了全反射的原理.,答案,圖3,[知識(shí)深化] 1.全反射棱鏡 (1)構(gòu)造：截面為等腰直角三角形的棱鏡. (2)特點(diǎn)：①當(dāng)光垂直于它的一個(gè)界面射入后，會(huì)在其內(nèi)部發(fā)

7、生全反射，比平面鏡的反射率高，幾乎可達(dá)100%；②反射面不必涂任何反光物質(zhì)，反射失真小. 2.光導(dǎo)纖維 (1)原理：利用了光的全反射. (2)構(gòu)造：光導(dǎo)纖維由內(nèi)層纖芯和外面包層兩層組成.內(nèi)層纖芯的折射率比外面包層的大.光傳播時(shí)在內(nèi)層纖芯與外面包層的界面上發(fā)生全反射. (3)特點(diǎn)：容量大，能量損耗小、抗干擾能力強(qiáng)，保密性好等.,例2 光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖4所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播.以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說(shuō)法正確的是 A.內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)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(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射 C.內(nèi)芯的折射率比外套的小，光

8、傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射 D.內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護(hù)作用,圖4,解析,√,答案,解析 光導(dǎo)纖維很細(xì)，它由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射.,三、全反射的定量計(jì)算,例3 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.,答案,解析,解析 如圖，考慮從圓形發(fā)光面邊緣的A點(diǎn)發(fā)出的一條光線，假設(shè)它斜射到玻璃上表面的A′點(diǎn)折射，根據(jù)折

9、射定律有n sin θ＝sin α式中，n是玻璃的折射率，θ是入射角，α是折射角. 現(xiàn)假設(shè)A′恰好在紙片邊緣：由題意，在A′點(diǎn)剛好發(fā)生 全反射，故sin θ＝sin C＝,,課堂要點(diǎn)小結(jié),1.全反射與光導(dǎo)纖維,光疏介質(zhì)和光密介質(zhì) 全反射現(xiàn)象：入射光從反射面全部反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象,,臨界角：折射角為90時(shí)的入射角，sin C＝,光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì) 入射角大于或等于臨界角,,全反射棱鏡 光纖及其應(yīng)用,,全反射發(fā)生的條件,,原理：光的全反射 內(nèi)窺鏡 光纖通信,全反射的應(yīng)用,2.激光,特性,,單色性好、相干性好 平行度好 亮度高,,光纖通信、測(cè)距、切割、焊接 全息照相,,應(yīng)用,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1,2,

10、3,1.如圖，一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，O點(diǎn)為該玻璃磚截面的圓心，下圖能正確描述其光路的是,解析 ①光從玻璃磚射向空氣時(shí)，如果入射角大于臨界角，則發(fā)生全反射；如果入射角小于臨界角，則在界面處既有反射光線，又有折射光線，但折射角應(yīng)大于入射角，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤. ②當(dāng)光從空氣射入玻璃磚時(shí)，在界面處既有反射光線，又有折射光線，且入射角大于折射角，選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤.,解析,√,答案,2.(多選)光從介質(zhì)a射向介質(zhì)b，如果要在a、b介質(zhì)的分界面上發(fā)生全反射，那么必須滿足的條件是 A.a是光密介質(zhì)，b是光疏介質(zhì) B.光在介質(zhì)a中的速度必須大于在介質(zhì)b中的速度 C.光的入射角必須大于或等于臨界角 D.光的入射角必須小于臨界角,1,2,3,√,答案,√,1,2,3,3.讓激光照到CD機(jī)或計(jì)算機(jī)的光盤上，就可以讀出盤上記錄的信息，經(jīng)過(guò)處理后還原成聲音和圖像，這是利用光的 A.平行度好，可以會(huì)聚到很小的一點(diǎn)上 B.相干性好，可以很容易形成干涉圖樣 C.亮度高，可以在很短時(shí)間內(nèi)集中很大的能量 D.波長(zhǎng)短，很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,解析,√,答案,解析 激光的特點(diǎn)之一是平行度好，它可以會(huì)聚到一個(gè)很小的點(diǎn)上，DVD、VCD、CD唱機(jī)或電腦上的光驅(qū)及刻錄設(shè)備就利用了激光的這一特點(diǎn)，選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤.,