第4章

4.6

全反射與光導(dǎo)纖維4.7

激光學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.認(rèn)識光的全反射現(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，能計算有關(guān)問題和解釋相關(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Ⅰ自主預(yù)習(xí)梳理Ⅱ重點(diǎn)知識探究Ⅲ當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測自主預(yù)習(xí)梳理Ⅰ1.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：光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，當(dāng)入射角增大到一定程度時，折射角就會增大到

，這時的

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，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°相對入射光密光疏大于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)用性質(zhì)應(yīng)用相干性：激光具有頻率_____、相位差_____、偏振方向_____的特點(diǎn)，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性光纖通信平行度：激光的______非常好，傳播很遠(yuǎn)的距離后仍能保持一定的強(qiáng)度

激光會聚一點(diǎn)，讀取光盤上記錄的信息等亮度高：它可以在很小的_____和很短的_____內(nèi)聚集很大的_____用激光束切割、焊接，醫(yī)學(xué)上可以用激光做“光刀”，核工業(yè)中用激光激發(fā)核反應(yīng)等相同恒定一致平行度空間時間能量Ⅱ重點(diǎn)知識探究一、全反射導(dǎo)學(xué)探究光從空氣射入水中時，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，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°的過程中會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？答案答案

由

＝n知當(dāng)i增大，r也會增大，隨著i的增大，r先增大到90°，若i再增大，則折射光線會消失.圖1知識深化1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)名稱項(xiàng)目光疏介質(zhì)光密介質(zhì)定義折射率較小的介質(zhì)折射率較大的介質(zhì)傳播速度光在光密介質(zhì)中的傳播速度比在光疏介質(zhì)中的傳播速度小.折射特點(diǎn)(1)光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時，折射角小于入射角.(2)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角.備注(1)光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來說的，并不是它的密度大小.(2)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對而言的，并沒有絕對的意義.2.全反射現(xiàn)象(1)臨界角：折射角為90°時的入射角稱為全反射臨界角，簡稱臨界角，用C表示，C＝arcsin.(2)全反射發(fā)生的條件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.(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，折射角增大的同時，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(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，這就是全反射現(xiàn)象.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，則光線bO的反

射光線比光線cO的反射光線的亮度大例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.下列說法正確的是解析答案√√√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.假若光線bO能發(fā)生全反射，說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，B錯.假若光線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，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，從后面開來的汽車發(fā)出的強(qiáng)光照在尾燈后，會有較強(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？答案答案

采用了全反射的原理.圖3知識深化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)光垂直于它的一個界面射入后，會在其內(nèi)部發(fā)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.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)纖維的說法正確的是解析答案√圖4C.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，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射.例3如圖5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恰好發(fā)生全反射，由A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)所用時間為t，求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率n.(已知光在真空中的傳播速度為c)解析答案圖5三、全反射的定量計算答案

課堂要點(diǎn)小結(jié)1.全反射與光導(dǎo)纖維當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測Ⅲ1.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12√解析答案3解析

①光從玻璃磚射向空氣時，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錯誤.②當(dāng)光從空氣射入玻璃磚時，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錯誤.1232.(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√答案√1233.讓激光照到VCD機(jī)、CD機(jī)或計算機(jī)的光盤上，就可以讀出盤上記錄的信息，經(jīng)過處理后還原成聲音和圖像，這是利用光的A.平