高中物理选修3-4课件：4.2+3 光的全反射+光导纤维及其应用
鲁科版高中物理选修3-4课件 光导纤维及其应用课件3
课 堂 互 动 探 究
教 学 方 案 设 计
级．烽火通信的 IBAS 可以动态分配带宽，是一种较好的宽 带接入平台．在宽带业务发展的初期，采用 FTTC/B 将光纤 引入用户附近，利用已有的铜线双绞线和 xD 前 自 主 导 学
带信号送入用户是一种经济的方案．IP over WDM/Optical 因特网的爆炸式发展，使得 IP 技术对传统电信网产生了强 烈的冲击．
菜 单 课 时 作 业
LK·物理 选修 3-4
教 学 教 法 分 析
未来的网络应是一个对数据业务优化的网络，同时对话音业 务应保持不低于现有的质量．很显然，现有的电路交换网不 能胜任，现有的 IP 网也非理想的选择．从技术上看，目前
课 堂 互 动 探 究
教 学 方 案 设 计
人们正在探索 IP 与 ATM、IP 与 SDH、IP 与 WDM 相结合 的方式来解决传统因特网结构的缺陷．武汉邮电科学研究院 的 IP over SDH 提案直接面向因特网核心层和边缘层，成为 我国在国际电联的第一个提案．从长远看，当 IP 业务量逐
的界面上发生全反射 C．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套 的界面上发生折射
当 堂 双 基 达 标
课 前 自 主 导 学
D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性， 可以起保护作用
课 时 作 业
菜
单
LK·物理 选修 3-4
教 学 教 法 分 析 课 堂 互 动 探 究
【解析】 光导纤维是利用光从光密介质射入光疏介质 时发生全反射的原理来传递光信号的，A 正确．
●课标解读 初步了解光导纤维的工作原理及其在生产、生活中的应 用．认识光纤技术对经济社会生活的重大影响．
教 学 方 案 设 计
第4章 第2+3节 光的全反射 光导纤维及其应用同步备课课件 鲁科版选修3-4课件
(4)临界角 ①定义：刚好发生全反射(即折射角为 90°)时的入射角 称为全反射的临界角，用 C 表示． ②表达式：光由折射率为 n 的介质射向真空或空气时， 若刚好发生全反射，则折射角恰好等于 90°，n＝sisni9n0C°， 即 sinC＝1n. ③不同色光的临界角：不同颜色的光由同一介质射向空
r＋
d n2－1
d n2－1 .
图 4－2－3 1．(多选)如图 4－2－3 所示，ABCD 是两面平行的透明 玻璃砖，AB 面和 CD 面平行，它们分别是玻璃和空气的界 面，设为界面 M 和界面 N，光线从界面 M 射入玻璃砖，再 从界面 N 射出，回到空气中，如果改变光到达界面 M 时的 入射角，则( )
(2)光疏介质和光密介质的比较
光的传播速度 折射率
光疏介质
大
小
光密介质
小
大
(3)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
定谁是光疏介质或光密介质．
2．全反射现象 光由光密介质射入到光疏介质中时，折射角大于入射 角，当入射角增大到一定程度时，折射光线完全消失，全部 光线都被反射回原介质，这种现象称为全反射现象，简称全 反射． (1)全反射的条件 ①光由光密介质射向光疏介质． ②入射角大于等于临界角．
第 2 节 光的全反射 第 3 节 光导纤维及其应用
教师用书独具演示
●课标要求 1.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并
知识与 能解决相关的实际问题. 技能 2.知道光导纤维及其应用．
过 程 与 方 学会将自然现象转化为物理模型，利用光路图等
法
知识解决问题.
1.在应用全反射知识分析解释自然现象的过程
高中物理第4章第2节光的全反射第3节光导纤维及其应用精品课件鲁科版选修34
折射与全反射的综合应用
例2
图4－2－9
一束与MN平面成45°的平行光束射到玻璃的半圆 柱面上，经玻璃折射后，有部分光能从MN平面上 射出，求能从MN射出的光束的宽度为多少？
【自主解答】 如图4－2－10所示，进入玻璃中 的光线①垂直于半球面，沿半径方向直达球心位 置O，且入射角等于临界角，恰好在O点发生全反 射．
图4－2－11
光导纤维的工作原理分析
例3 在光导纤维的端面上入射光满足什么条件， 才能使光在光导纤维中不断发生全反射，从一端 传到另一端？(设光纤外层材料的折射率为1)
【精讲精析】 设当入射角为i时，进入端面的 折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图4－ 2－12所示，则有：
图4－2－12
【答案】 见精讲精析
高中物理第4章第2节光 的全反射第3节光导纤维 及其应用精品课件鲁科
版选修34
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
2023年5月3日星期三
课标定位
课前自主学案
第
3
核心要点突破
节
课堂互动讲练
知能优化训练
课标定位 学习目标：1.理解光的全反射现象，会解释 与全反射有关的一些现象． 2．知道全反射的条件，能应用全反射条件解 决有关问题． 3．初步了解光导纤维的工作原理和光纤在生 产、生活中的应用． 4．认识光纤技术对经济社会生活的重大影响 ，体会科学技术对社会进步的作用． 重点难点：1.判断是否发生全反射，并进行 有关计算． 2．对全反射现象的解释．
思考感悟
能否用折射率为1.25的透明材料制成截面为等腰 直角三角形的全反射棱镜？
三、光导纤维及应用
1．光导纤维是由折射率__大_的玻璃内芯和折射 率_小__的外层透明介质组成的．
鲁科版高中物理选修3-4课件 光导纤维及其应用课件2
目标定位
初步了解光导纤维的工作原理及其在生产，生
活中的应用。认识光线技术对经济社会生活的
重大影响。
三、光导纤维及其应用 1.构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外层透明 介质两层组成。 大 2.原理：内芯的折射率比外层的___，光传播时在内芯与外层 全反射 。 的界面上发生_______ 能量 保密 3.主要优点：容量大、_____损耗小、抗干扰能力强、_____性 好等。
B．光导纤维传递光信号是利用光的折射原理
C．光导纤维传递光信号是利用光的色散原理 D．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝
【解析】选A、D。光纤通信利用光作为载体来传播信息，A项 正确；光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理，B、C项错； 目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝，D项正 确。
1 sinБайду номын сангаас1 sinC ，n ，C 2 90， n sin2
由以上各式可得：
sin1 n 2 1。
由图可知：当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向空气中光线 的入射角θ减小，当θ1=90°时，若θ=C，则所有进入纤维中 的光线都能发生全反射，即有 以上是光从纤维射向
它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程中，则下列
判断中正确的是( )
A.n1<n2，光通过光缆的时间等于
n1L B.n1<n2，光通过光缆的时间大于 c C.n1>n2，光通过光缆的时间等于 n1L c D.n1>n2，光通过光缆的时间大于 n L 1 c n1L c
【解题探究】(1)光在光导纤维中产生全反射的条件是什么？ 提示：光由光密介质进入光疏介质，即n1>n2，入射角大于临界 角。 (2)光在介质中通过的路程和速度分别是多少？
【创新设计】2014-2015学年高二物理鲁科版选修3-4配套课件：4.2-4.3 光的全反射 光导纤维及其应用 (25张)
D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以
起保护作用
预习导学
课堂讲义
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第4章
光的折射与全反射
解析
光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，光在由内
应用.4.知道全反射棱镜的原理．
预习导学
课堂讲义
预习导学
第4章
光的折射与全反射
一、全反射及其产生条件 1．全反射：光从某种介质入射到空气中时，折射角 大于 入 射角，当入射角增大到一定程度时， 折射 光线完全消失， 全部光线都被反射回介质内．这种现象称为全反射现象， 简称全反射． 2． 临界角： 刚好发生全反射(即折射角变为 90° )时的 入射角 ． 1 公式：sin C＝ n
向空气，入射角是 60° ，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空 气，Ⅱ为介质) ( )
预习导学
课堂讲义
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第4章
光的折射与全反射
解析
由题意知， 光由光密介质射向光疏介质， 由 sin
1 C＝n＝
1 ，得 C＝45° ＜θ1＝60° ，故在两介质的界面上会发生全反射， 2 只有反射光线，没有折射光线，故选项 D 正确．
示．
图4－2－1
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课堂讲义
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第4章
光的折射与全反射
2．光导纤维 (1)原理：内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯和外 套的界面上发生全反射．
(2)优点：容量大，衰减小，抗干扰性强等．
(3)应用：光纤通讯，医学上的内窥镜等．
预习导学
课堂讲义
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【例2】
第4章
光的折射与全反射
光导纤维的结构如图4－2－2所示，其内芯和外套
答案
D
教科版高中物理选修3-4课件 4 光的全反射课件3
【例2】 光导纤维的结构如图4－3－1所示，其内芯和外套材
料不同，光在内芯中传播，以下关于光导纤维的说法正确的
是
()
图4－3－1
ห้องสมุดไป่ตู้
课堂讲义
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 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 发生全反射 C．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面 发生折射 D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起 保护作用
预习导学
二、全反射条件 1．全反射的条件
(1)光需从 光密 介质射至 光疏 介质的界面上． (2)入射角必须等于或 大于 临界角． 2．临界角 (1)定义：光从某种介质射向真空或空气时使折射角变为90° 时的 入射角 ，称作这种介质的临界角．
1 (2)临界角C与折射率n的关系：sin C＝ n .
率，当光从有机玻璃棒的一端射入时，可以沿着有机玻璃棒 的表面发生多次 全反射 ，从另一端射出． 2．光导纤维的构造：由两种折射率不同的玻璃制成，分内、外 两层，内层玻璃的折射率比外层玻璃的折射率 大 ．当光从 一端进入光纤时，将会在两层玻璃的界面上发生 全反射 ． 3．光纤通讯的优点是容量 大 ，衰减 小 ，抗干扰能力强、传 播速率高.
1 2
，得C＝45°＜θ1＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，
只有反射光线，没有折射光线，故选项D正确．
答案 D
课堂讲义
二、光导纤维 1．原理：内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯和外套的界
面上发生全反射． 2．优点：容量大，衰减小，抗干扰性强等． 3．应用：光纤通讯；医学上的内窥镜．
课堂讲义
图4－3－2
课堂讲义
新课标选修3-413.2全反射课件
全反射是指光在两种不同介质界 面上完全不透射而全部反射回原 介质的现象。
全反射的特点
光线在发生全反射时，光在介质 中的速度会突然降低，能量全部
返回原介质。
全反射时，反射光的光速与入射 光的光速相等，不会发生光能量
的损失。
全反射只发生在光密介质射入光 疏介质时，且入射角大于临界角。
全反射的应用
光电传感器
计算机
用于产生单色光，作为 入射光。
用于产生全反射现象。
用于测量反射光的光强。
用于数据采集和记录。
实验步骤与操作
1. 将半圆形玻璃棱镜固定在支 架上，调整角度使得入射光能 够垂直照射到棱镜的曲面上。
2. 将光电传感器放置在适 当的位置，使其能够接收 反射光的光强。
3. 打开激光器，调整激光的波 长和功率，使得入射光的角度 恰好满足全反射的条件。
结论总结
根据实验结果和分析，总结全反射 现象的规律和特点，并探讨其在光
学、通信等领域的应用前景。
03 全反射的数学模型与公式 推导
折射率的定义与计算
折射率定义
光在两种不同介质中传播速度的 比值。
折射率计算
根据斯涅尔定律，折射率可以通 过入射角和折射角的正弦值之比 计算得出。
全反射角的计算公式
• 全反射角计算公式：当入射角增大到某一角度时，折射角将增 大到90度，此时的入射角称为全反射角，其计算公式为 (n_1 sin(C_1) = n_2 sin(C_2))，其中(n_1)和(n_2)分别为两种介质 的折射率，(C_1)和(C_2)分别为入射角和折射角。
新课标选修3-4 13.2全反射课件
contents
目录
• 全反射的定义与特点 • 全反射的实验与观察 • 全反射的数学模型与公式推导 • 全反射现象的实例展示 • 全反射在光学领域的应用
鲁科版高中物理选修3-4课件高二：4.2-4.3光的全反射光导纤维及其应用
7
一二三
首页
J 基础知识 ICHU ZHISHI
Z 重点难点 HONGDIAN NANDIAN
S 随堂练习 UITANG L:利用了全反射。 2.构造:光导纤维是非常细的特制玻璃丝,由内芯和外层透明介质两层 组成。内芯的折射率比外层的大,光传播时在内芯与外层的界面上发生全反 射。 3.主要优点:容量大、能量损耗小、抗干扰能力强,保密性好等。
探究二
首页
J 基础知识 ICHU ZHISHI
Z S 重点难点 HONGDIAN NANDIAN
随堂练习
UITANG LIANXI
解析:根据题意,光路图如图所示,图中 S 点为圆 形发光面边缘上的一点。由该点发出的光线能射出 玻璃板的范围由临界光线 SA 确定,当入射角大于 临界角 C 时,光线就不能射出玻璃板了。
25
首页
J 基础知识 ICHU ZHISHI
Z S 重点难点 HONGDIAN NANDIAN
随堂练习
UITANG LIANXI
12345
2.光纤通信是一种现代通信手段,它可以提供大容量、高速度、高质量的通 信服务。目前,我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络。下列说法正 确的是( ) A.光纤通信利用光作为载体来传递信息 B.光导纤维传递光信号是利用光沿直线传播的原理 C.光导纤维传递光信号是利用光的色散原理 D.目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝 解析:光纤是利用光的全反射现象而实现光作为载体的信息传递,光纤是内 芯折射率大于外层表皮折射率的很细的玻璃丝。 答案:AD
的入射角最小。光导纤维的临界角满足
sin
C=
1 n
光在光导纤维中传播的路程为 d=������������l������C=nl
高中物理鲁科版选修3-4课件：第4章 第2、3节 光的全反射 光导纤维及其应用
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
光从一种介质射到另一种介质时，发生了全反射，则全反射发 生在 A．折射率较小的介质中 C．光速较大的介质中 ( B．折射率较大的介质中 D．入射角小于临界角 )
解析：光从光密介质射到光疏介质才可能发生全反射，且要求 入射角大于或等于临界角，而光密介质的折射率大、光速小。
知识点一
理解·教材 新知
第 2、 3 节
知识点二 知识点三 命题点一 命题点二
第 4 章
把握·命题 热点
应用·落实 体验
课堂双基落实 课下综合检测
第 2、 3 节
光的全反射__光导纤维及其应用
1．光疏介质和光密介质是相对的，区分 光疏介质和光密介质要看两种介质折 射率的大小关系。 2．光从光密介质射向光疏介质，且入射 角达到临界角时，将发生全反射，全 反射是一种特殊的光学现象。 3．全反射现象在日常生活中有很多应用， 如光导纤维利用全反射来传输信号。
(2)全反射遵循的规律： 光由光密介质进入光疏介质发生全反 射时，仍然遵守反射定律。有关计算仍可依据反射定律进行。 (3)光从光密介质射向光疏介质时， 只要入射角大于或等于临 界角 C，一定会发生全反射现象。 [特别提醒] (1)光疏介质、 光密介质是两种介质相比较而言的， 只有一种 介质，无法确定它是光疏介质还是光密介质。 (2)分析光的全反射时， 关键是根据临界条件画出恰好发生全 反射的光路图，再利用几何知识分析边角关系。
②临界角：刚好发生全反射(即折射角等于 90° )时的 入射角 。 用字母 C 表示。 (2)全反射的条件： ①光从 光密 介质射入 光疏 介质。 ②入射角 大于等于 临界角。 (3)临界角与折射率的关系：
ห้องสมุดไป่ตู้
鲁科版物理选修3-4课件：第4章 第2节 光的全反射 第3节 光导纤维及其应用
3 3R 【答案】 (1) 3 (2) c
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3 (3)arcsin 3
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全反射定律的应用技巧 1．首先判断是否为光从光密介质进入光疏介质，如果是，下一步就要再利 用入射角和临界角的关系进一步判断，如果不是则直接应用折射定律解题即可． 2．分析光的全反射时，根据临界条件找出临界状态是解决这类题目的关 键． 3．当发生全反射时，仍遵循光的反射定律和光路可逆性． 4．认真规范作出光路图，是正确求解这类题目的重要保证．
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1.一束光从某介质进入真空，方向如图421所示，则下列判断中正确的是 ( )
【导学号：78510045】
图421
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3 A．该介质的折射率是 3 B．该介质的折射率是 3 C．该介质相对真空发生全反射的临界角小于45 ° D．光线按如图所示的方向入射，无论怎样改变入射方向都不可能发生全反 射现象 E．如果光从真空射向介质，则不可能发生全反射现象
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对 全 反 射 现 象 的 解 释 和 光 导 纤 维
[先填空] 1．解释全反射现象 (1)水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是由于光射到气泡上发生了全反射． (2)在沙漠里，接近地面的热空气的折射率比上层空气的折射率 小 ，从远处 物体射向地面的光线的入射角 大于 临界角时，发生全反射，人们就会看到远处 物体的倒影．
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[再判断] 1．在沙漠里看到的蜃景是一种全反射现象．( √ ) 2．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．( √ ) 3．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．( × )
高中物理 42.3 光的全反射 光导纤维及其应用 鲁科版选修34
【创新设计】2013-2014高中物理 4-2.3 光的全反射 光导纤维及其应用 鲁科版选修3-41．关于光纤的说法，正确的是( )．A ．光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大B ．光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小C ．光纤是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的D ．在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能传导光的解析 光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大．载有声音、图象及各种数字信号的激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射，光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点．在实际应用中，光纤是可以弯曲的．所以，正确选项是C. 答案 C2．某种介质对空气的折射率是2，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)( )．解析 由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C ＝1n ＝12，得C ＝45°＜θ1＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项D 正确． 答案 D3．夏日的太阳光斜照在平坦的沙漠上，我们面对太阳向前看时，常会发现亮光好像是从远处的水面上反射过来一样．关于这种现象，下列说法正确的是( )． A ．越靠近地面，空气的折射率越大 B ．越靠近地面，空气的折射率越小 C ．这是光的干涉形成的 D ．这是光的衍射形成的解析 在沙漠里，夏天太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气密度小，折射率也小，从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也会发生全反射，人们逆着光线看到远处物体的倒景，这就是沙漠里的“蜃景”．B 对． 答案 B4.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4－2、3－12所示．方框内有两个折射率n ＝1.5的玻璃全反射棱镜，下图给出了两棱镜四种放置方式的示意图．其中能产生图4－2、3－12 效果的是 ( )．解析 四个选项产生的光路效果如下图：由上图可知B 项正确． 答案 B5．光线由空气射入半圆形玻璃砖，或从玻璃砖射入空气的光路图如图4－2、3－13所示，正确的是(玻璃的折射率为1.5) ( )．图4－2、3－13A ．图乙、丙、丁B ．图甲、丁C ．图乙、丙、甲D ．图甲、丙解析 光线由空气进入玻璃砖中时，入射角大于折射角，由玻璃砖射入空气时，入射角小于折射角．由临界角计算公式得C ＝arcsin 1n ＝arcsin 11.5＝41°49′，入射角50°大于临界角，将发生全反射，故正确答案是A. 答案 A图4－2、3－16.如图4－2、3－14所示，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC，∠A为直角．此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为( )．A.62B. 2C.32D. 3解析如下图所示，标出相关角度，根据折射率定义有，sin∠1＝n sin∠2，n sin∠3＝1，已知∠1＝45°，又∠2＋∠3＝90°，解得：n＝62.答案 A7．潜水员在水深为h的地方向水面观望时，发现整个天空及远处地面的景物均呈现在水面处的圆形区域内，已知水的临界角为θ，则所观察到的圆形半径为( )．A．h tan θB．h sin θC.htan θD.hsin θ解析如右图所示，水面上景物发出的光线经水面折射后均在顶角为2 θ的圆锥里，人的眼睛处在圆锥的顶点处，而最远处的景物进入眼睛的光线几乎是紧贴水面，其入射角接近90°，折射角为θ.因此，人看到的景物呈现在人眼上方以O点为圆心、r为半径的水面区域内，由图可知r＝h tanθ.答案 A8.一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，如图4－2、3－15所示为过轴线的截面图，调整入射角α，光线恰好在水和空气的界面上发生全反射，已知水的折射率为43，求sin α的值．解析当光线在水面发生全反射时有sin C＝1n，当光线从左侧射入玻璃杯时，由折射定律有n＝sin αsin⎝⎛⎭⎪⎫π2－C，联立以上两式并代入数据可得＝73.答案73图4－2、3－14图4－2、3－159.频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图4－2、3－16所示，下列说法正确的是 ( )．A ．单色光1的波长小于单色光2的波长B ．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度C ．单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间D ．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全 反射临界角解析 由题图可知，光线1的折射率大，频率高，波长小，在介质中传播速度小，因而产生全反射的临界角小．选项A 、D 正确，B 错误．设玻璃板的宽度为d ，由n ＝sin θ1sin θ2，在玻璃板中传播的距离l ＝dcos θ2，传播的速度v ＝c n，所以光在玻璃板中传播的时间t＝l v ＝d sin θ1c sin θ2cos θ2＝2d sin θ1c sin 2θ2，若光线1、2的折射角为θ2和θ2′，满足θ2＋θ2′＝90°时，有sin 2θ2＝sin 2θ2′，两种色光透过玻璃砖的时间相同，所以两束光在玻璃砖中传播的时间可能相等也可能不相等，选项C 错误． 答案 AD10.如图4－2、3－17所示，空气中有一折射率为2的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90°、半径为R 的扇形OAB .一束平行光平行于横截面，以45°入射角照射到OA 上，OB 不透光．若只考虑首次入射到圆弧上的光，则上有光透出部分的弧长为( )．A.16πR B.14πR C.13πR D.512πR 解析 由sin C ＝1n可知光在玻璃柱中发生全反射的临界角C ＝45°.据折射定律可知所有光线从AO 进入玻璃柱后的折射角均为30°.从O 点入射后的折射光线将沿半径从C 点射出．假设从E 点入射的光线经折射后到达D 点时刚好发生全反射，则∠ODE＝45°.如图所示，由几何关系可知θ＝45°，故弧长＝14πR ，故B 正确． 答案 B图4－2、3－16图4－2、3－1711.如图4－2、3－18所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r ，外圆半径为R ，R ＝2r .现有一束单色光垂直于水平端面A 射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B 射出．设透明柱体的折射率为n ，光在透明柱体内传播的时间为t ，若真空中的 光速为c ，则 ( )．A ．n 可能为 3B ．n 可能为2C ．t 可能为22r cD ．t 可能为4.8 rc解析 只经过两次全反射可知第一次入射角为45°，反射光路图如图所示．根据全反射可知临界角C ≤45°，再根据n ＝1sin C 可知n ≥2；光在透明柱体中运动路程为L ＝4r ，运动时间为t ＝Lv＝4nr c ，则t ≥42r c，C 、D 错误；A 、B 正确．答案 AB12．(2011·天津卷，9)某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率．开始玻璃砖的位置如图4－2、3－19中实线所示，使大头针P 1、P 2与圆心O 在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O 缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P 1、P 2的像，且P 2的像挡住P 1的像．如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失．此时只须测量出________，即可计算玻璃砖的折射率．请用你的测量量表示出 折射率n ＝________.解析 光线指向圆心入射时不改变传播方向，恰好观察不到P 1、P 2的像时发生全反射，测出玻璃砖直径边绕O 点转过的角度θ，此时入射角θ即为全反射临界角，由sin θ＝1n 得n ＝1sin θ. 答案 玻璃砖直经边绕O 点转过的角度θ1sin θ13．(1)一足够大的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为H ，在水池的底部放一点光源S ，其中一条光线以30°入射角射到液体与空气的界面上，图4－2、3－18图4－2、3－19它的反射光线与折射光线的夹角为105°，如图4－2、3－20所示．求： (1)①液体的折射率； ②液体表面亮斑的面积．(2)光是一种电磁波，当光从水中射入空气中时， 波长会________(填写“变长”，“变短”、“不变”)，如果光的频率为6.7×1014Hz ，空气中光速约为3.0×108m/s ，则在空气中的波长为________ m.解析 (1)①由图知入射角i ＝30°，折射角r ＝45°，n ＝sin r sin i ＝2＝1.414.②若发生全反射，入射角C 应满足sin C ＝1n，C ＝45°亮斑半径R ＝H tan C ＝H ，亮斑面积S ＝πH 2. (2)变长 由c ＝λf 得λ＝c f ＝3×1086.7×1014 m ＝4.5×10－7m.答案 (1)①1.414 ②πH 2(2)变长 4.5×10－7图4－2、3－20。
鲁科版高中物理选修3-4课件 光的全反射课件2
越容易发生全反射。
二、对全反射现象的解释 1.解释全反射现象：
(1)水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是由于光射到气泡上发 全反射 。 生了_______ (2)在沙漠里，接近地面的热空气的折射率比上层空气的折射
小 ，从远处物体射向地面的光线的入射角_____ 大于 临界角时， 率___ 发生全反射，人们就会看到远处物体的倒影。
(1)由几何知识可知，入射角i=60°,折射角r=30°。根据折射
定律得 n
sini , 代入数据得 n 3。 sinr
(2)由题意画出恰好经过M点的折射光线如图乙所示，可得出此
时射向M点的入射角为180°-30°-90°-30°=30°，全反射的
临界角 sinC 1 3 sin30 1 , 故不能发生全反射。 n 3 2 答案：(1) 3 (2)不能
【变式备选】如图所示abc是一块用折射率n=2的玻璃制成的
透明体的横截面，ab是半径为R的圆弧，ac边与bc边垂直，
∠aOc=60°。当一束平行黄色光垂直照到ac上时，ab部分的 外表面只有一部分是黄亮的，其余是暗的。求黄亮部分的弧 长为多少?
【解析】假定光线MN射到ab界面上时恰好 发生了全反射，则MN上方的光线一定在 界面ab上发生了全反射，因此只有射到界 面Nb上的光线才能射出玻璃，界面Nb部分是亮的。 由sinC= 1 ，得C=30°。 n 由几何关系知θ=30°，所于” 2.当光由空气射入玻璃时，折射角_____( 或“等于”)入射角。 3.当光由真空射入介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比 折射率 。 等于该介质的_______ 不同 ，所以光在不同介质中的传播速度 4.不同介质的折射率_____ 也不同。
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由此可知 ( A )
A.介质A是光密介质 B.光在介质A中的速度大些
n sin A 1 sin B
C.介质A的折射率比介质B的小
D.光从介质A进入介质B不可能发生全反射
可 能
课堂练习
2.光线从某介质射入空气中，当入射角为300时，
其折射角为450,则这种介质对空气的临界角是 (B )
A.600 C.900
时，入射角逐渐增大到某一角度，光线全部被反
射回原光密介质的现象。 2、临界角概念：当光从光密介质射入光疏介质
时，折射角等于900角时的入射角叫做临界角。
用C表示。
思考
光由光疏介质射入光密介质时, 能 否发生全反射？
二、对全反射的理解
1、光从光密介质射入光疏介质；
2、入射角等于或大于临界角。 3、临界角C的大小：
思考 根据下列光路图回答问题
法线
空气
界 水面
逐渐增大入射角，折射角如何变化？
实验
1、折射角逐渐 增大；
2、折射光线亮度逐渐减弱 ；
3、反射角逐渐 增大
；
4、反射光线亮度逐渐增强 ；
5、当入射角增大到某一角度时
，折射光线 消失，所有光线全
部反射。
二、对全反射的理解
1、全反射定义：当光从光密介质射入光疏介质
tan
arcsin
1 n
，
R C
S
被蜡烛熏黑的金属小球在水中的全反射现象
为什么水中小球有些地方看起来很亮，有些地方不亮？
解释现象
水
金属球
空气膜
水中的球比原来亮了
1、光由光密介质射向光疏介质
玻璃
C
空气
2、入射角大于等于临界角C：
C
玻璃
空气
90°
nn ＝
sini 1sin90° s＝inr ＝sisniCnC
3）光纤通信的优点：
1、容量大 2、衰减小 3、抗干扰性强
4）、光纤技术 ——光缆
二、光导纤维的应用
3、光纤照明
1）光纤照明的原理
2）光纤照明的优点 装饰性强、安全、维修方便
课堂小结
入射角大于 等于 临界角
发生全反射 现象条件
从光密介质射 入光疏介质
光导纤维
光导纤维应用
内窥镜 光纤通信 光纤照明
要使进入光导纤维中的光线都能发生全反射， 内芯的折射率至少多大？
理论探究：
既 θ = C ,则有：
内
θ1
芯
θ2
θ
1
sinθ1
sinC ＝
n
n ，
＝
sinθ2
，C + θ2 ＝ 90°
可得：sin1 nsin2 ncosC n 1 sin2 C n2 1
由图知：当θ1增大时，θ2增大，入射角θ减小
B.450 D.300
n sin 45 =
2
2=
2
sin 30
1 2
sin C 1 C arcsin 2 45
n
2
课堂练习
3.水的折射率为n，距水面深度为h处有一点光源 ，岸上的人看见水面被点光源照亮的圆形区域 的直径多大？
解 设临界角为C，有
，即
故圆形区域的直径为
h
2R
2h
.
tan
C
2h
全反射棱镜
望远镜
三、全反射的应用
沙漠蜃景
三、全反射的应用
海市蜃楼
四、全反射的应用
光导 纤维
课堂小结
1、光疏介质：折射率较小的介质
光密介质：折射率较大的介质
定义
光从光密介质射入光疏介质
条件
2.全反射
入射角等于或大于临界角
临界角: sin C 1
n
应用: 全反射棱镜
课堂练习
1.光线由介质A进入介质B，入射角小于折射角，
由折射定律可得：n sin 900 sin C
临界角的正弦值： sin C 1 n
法线 真空 界面
C 介质
① 光线从光密介质到光疏介质 ② 入射角等于或大于临界角
二、对全反射的理解
例1、在水中的鱼看来,水面上和岸上的所有景物,都出 现在一个倒立的圆锥里，为什么?
96.0
三、全反射的应用
三、全反射的应用
复习回顾 观察下列光路图回答问题
法线 水
界 玻璃 面
法线 水
界 玻璃 面
一、光疏介质和光密介质
1.光疏介质:两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质. 2.光密介质:两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质.
玻璃相对于水是 光 密 介质 水相对于玻璃是 光 疏 介质
注意：“光密介质”和“光疏介质” 是相对而言 的，对其界定是以折射率为依据的。
次射到弧面EF上时____能___(填“能”“不能”
或“无法确定能否”)发生全反射．
当θ1=90°时，若θ=C，即有：
sin90° ＝ n² - 1 解得n= 2
二、光导纤维的应用
1、内窥镜
内窥镜的结构
在医学上的应用
二、光导纤维的应用
2、光纤通信
1）光纤通信的原理
电
光
电信号
转
换器Biblioteka 光电转电信号
换
器
二、光导纤维的应用
2）、光纤通信应用
光纤
可视电话用光 纤传输信号
应用光纤建立的通信系统
一、光导纤维
一、光导纤维
实验探究
探究光在弯曲的玻璃中的全反射现象
1、光能从弯曲的玻璃管的另一端传出来 2、 光能从玻璃丝的另一端传出来 3、玻璃丝弯曲不太大时，光仍然能从玻璃丝另一端传出来
一、光导纤维
玻璃
华人“光纤之父” 高锟 获物理诺奖
1、光导纤维结构
保护层
外套
内芯
内芯
θ1
θ2 θ
问题
当光线从折射率为n的介质进入空气（或真空） 时，临界角C是折射角等于90°时的入射角。
观察从玻璃 射向空气的 全反射临界 角的大小？
介质 金刚石 二氧化碳 玻璃 水晶 氯化钠 酒精 水 空气
1.33 折射率 2.42 1.63 1.5~1.8 1.55 1.54 1.36
1.00028
理论探究
光从玻璃进入空气的全反射临界角小于45°？ 光从水进入空气的全反射临界角大于45°？
确的是( ABD)
A．光纤通信利用光作为载体来传递信息 B．光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理 C．光导纤维传递光信号是利用光的色散原理 D．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻 璃丝
2 如图所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部 分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面 的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射， 然后垂直PQ端面射出． (1)求该玻璃棒的折射率； 2 (2)若将入射光向N端平移，当第一
光是否从光密介质
是
射入光疏介质？
运用几何关系、三角函数 关系、反射定律等进行判 断、推理、运算及变换， 进行动态分析或定量计算
根据 sinC＝ 1n
确定临界角 判断是否发生全反射
发 生
画出入射角等于临 界角的“临界光路”
1．(多选)光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供 大容量、高速度、高质量的通信服务．目前，我国正 在大力建设高质量的宽带光纤通信网络．下列说法正