高考总复习物理课件44 光的全反射　光导纤维

课时44光的全反射　光导纤维\n考点一　全反射►基础梳理◄1．光密介质和光疏介质两种介质相比较，折射率大的介质叫光密介质，折射率小的介质叫光疏介质．2．临界角(C)：折射角等于90°时的入射角叫临界角．当光线从某种介质射向真空(或空气)时，临界角的正弦为\n3．全反射：光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于或等于临界角，折射光线消失，只产生反射的现象叫全反射．4．产生全反射的条件：(1)光要从光密介质进入光疏介质．(2)入射角要大于或等于临界角(i≥C)．\n►疑难详析◄1．光密介质和光疏介质是相对而言的．同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质．2．光从光疏介质射入光密介质时，入射角大于折射角；光从光密介质射入光疏介质时，入射角小于折射角3．如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象．\n考点二　光导纤维►基础梳理◄1．结构：光导纤维(简称光纤)，是一种透明的玻璃纤维丝，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质．2．原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界面上时，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射，这样从光纤一个端面射入的光，在两层界面上经过多次全反射，能够没有损失地从另一端射出．\n►疑难详析◄1．光纤通信：光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式．在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息．光纤通信的主要优点：容量大、衰减小、抗干扰强．\n2．内窥镜：把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列的相对位置相同，具有亮暗色彩的图象就可以从一端传到另一端．实际的内窥镜装有两组光纤，一组用来把光传到人体内部，一组用来观察．\n题型一　折射与全反射规律的综合应用[例1]如图1所示，置于空气中的一只不透明容器中盛满某种透明液体．容器底部靠近器壁处有一个竖直放置的6.0cm长的线光源．靠近线光源一侧的液面上盖有一块遮光板，另一侧有一个水平放置的与液面等高的望远镜，用来观察线光源．开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分．\n将光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时，通过望远镜刚好可以看到线光源底端．再将线光源沿同一方向移动8.0cm，刚好可以看到其顶端，求此液体的折射率n.图1\n\n[答案]n＝1.25\n题后反思：解答这一类题目要抓住折射定律和全反射的条件．在分析、研究光路时，常要假设某一条光线符合题意要求，再画出光路图求解．\n半径为R的半圆柱形玻璃砖的截面如图2所示，O为圆心，光线Ⅰ沿半径方向从a点射入玻璃砖后，恰好在O点发生全反射，另一条光线Ⅱ平行于光线Ⅰ从最高点b射入玻璃砖后，在底边MN上的d点射出．若测得Od＝，则该玻璃砖的折射率为多少？图2\n答案：2.03\n题型二　全反射在光纤通讯中的应用[例2]如图3所示，一根长为l＝5.0m的光导纤维用折射率n＝的材料制成．一束激光由其左端的中心点以45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出，求：图3(1)该激光在光导纤维中的速度v是多大．(2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少．\n[答案](1)2.1×108m/s(2)2.7×10－8s.\n题后反思：全反射的一个重要应用就是用于光导纤维(简称光纤)．光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质．光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射．这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出．\n光导纤维的结构如图4，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\nA．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射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\n解析：光导纤维内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射．从而使载有声音、图像以及各种数字信号的激光在光纤中远距离传递．故只有A正确．答案：A\n题型三　光的色散[例3]一束白光从顶角为θ的三棱镜的一边以较大的入射角i射入并通过该镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图5所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色带先后全部消失，则()A．红光最先消失，紫光最后消失B．紫光最先消失，红光最后消失C．紫光最先消失，黄光最后消失D．红光最先消失，黄光最后消失图5\n[解析]作出白光的折射光路图，如图6所示，可看出白光从AB射入三棱镜后，由于紫光偏折大，从而到达另一侧面AC时的入射角较大，因紫光折射率大，sinC＝，因而其全反射的临界角最小，故随着入射角i的减小，进入三棱镜后的各色光中紫光首先发生全反射不从AC面射出，以后依次是靛、蓝、绿、黄、橙、红，逐渐发生全反射而不从AC面射出．则选项B正确．[答案]B图6\n题后反思：分析不同色光的折射问题时：(1)应从折射率大小关系入手，根据折射定律，正确画出各色光的折射示意图是判断此类问题的基础，同时也便于观察二次折射(或反射)的入射角．(2)正确推导在同一种介质中色光的临界角的关系，是解决此类问题的关键．\nabc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图7所示．一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向(不考虑自bc面反射的光线)则：图7\n(1)使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则哪种色光首先射出？(2)使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，哪种色光首先射出ab面？解析：(1)白光垂直入射ac面后直射到ab面，入射角为45°，发生全反射说明棱镜的临界角C≤45°，这是对从红光到紫光的所有色光说的．当入射光顺时针偏转时，在ac面上发生色散，不同色光折射不同，红光偏折小，紫光偏折大，如图8所示，\n射到ab面上时红光入射角小，紫光入射角大，但它们都小于45°.另一方面，棱镜对红光的临界角比紫光的临界角大．因此，入射光顺时针逐渐偏转时，在ab面上红光的入射角将首先小于临界角而射出ab面．(2)如果入射光逆时针偏转，则经ab面上的红光、紫光的入射角都大于45°，都发生全反射而不可能从ab面射出．答案：(1)红光(2)都不能射出ab面图8\n1．(2008·广东高考)光纤通信中，光导纤维传递光信号的物理原理是利用光的________现象．要发生这种现象，必须满足的条件是：光从光密介质射向________，且入射角等于或大于________．解析：光导纤维利用光全反射原理传递光信号，在全反射中，光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角．答案：全反射　光疏介质　临界角\n图9\n答案：B\n3．在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图10所示．有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合．已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为()A．rB．1.5rC．2rD．2.5r\n图10图11\n答案：C\n4．(2009·全国卷Ⅱ)一玻璃砖横截面如图12所示，其中ABC为直角三角形(AC边未画出)，AB为直角边，∠ABC＝45°；ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中点．此玻璃的折射率为1.5.P为一贴近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏．若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖，则()图12\nA．从BC边折射出一束宽度与BC边长度相等的平行光B．屏上有一亮区，其宽度小于AB边的长度C．屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度D．当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大\n答案：BD\n5．(2008·山东高考)图13表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上，a、b是其中的两条平行光线．光线a在玻璃砖中的光路已给出．画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路图，并标出出射光线与界面法线夹角的度数．图13\n解析：光路如图14所示图14答案：略\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全