1、.4.6全反射與光導纖維4.7激光學 習 目 標知 識 脈 絡1.知道什么是光疏介質，什么是光密介質.2.理解光的全反射，進展有關計算.重點，難點3.理解臨界角的概念，能判斷是否發生全反射，并能解決有關的問題.重點，難點4.知道光導纖維及其應用.5.理解激光的主要特征和應用.研 究 光 的 全 反 射 現 象1.光疏介質和光密介質1概念：兩種介質比較，折射率小的介質叫做光疏介質，折射率大的介質叫做光密介質.2光在光密介質中的傳播速度比在光疏介質中的傳播速度小.2.全反射現象1全反射：光從光密介質射入光疏介質時，假設入射角增大到某一角度，折射光線就會消失，只剩下反射光線的現象.2臨界角：剛好發生

2、全反射即折射角等于90時的入射角.用字母C表示.3臨界角與折射率的關系：光由介質射入空氣真空時，sin C.1.密度大的介質就是光密介質.2.兩種介質相比較，折射率大的介質是光密介質.3.光密介質和光疏介質具有絕對性.1.只有一種介質能否確定它是光密介質還是光疏介質？【提示】不能.光密介質、光疏介質是對確定的兩種介質相比較折射率而確定的，只有一種介質是無法比較折射率的，從而無法確定它是光疏介質還是光密介質.2.為什么水中或玻璃中的氣泡看起來特別亮堂？【提示】水或玻璃中的氣泡是光疏介質，光經過水或玻璃照射氣泡時，一部分光會發生全反射，相對于其他物體而言，有更多的光反射到人眼中，就好似光是由氣泡發

3、出的，因此人眼感覺氣泡特別亮堂.1.對光疏介質和光密介質的理解光疏介質和光密介質是相對而言的，并沒有絕對的意義.例如：水晶n1.55對玻璃n1.5是光密介質，而對金剛石n2.42來說，就是光疏介質.同一種介質到底是光疏介質還是光密介質，不是絕對的.光疏和光密是從介質的光學特性來說的，并不是它的密度大小.例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介質.由v可知：光在光密介質中傳播速度比在光疏介質中要小.光在兩種介質中傳播時，由折射定律可知：n1sin 1n2sin 2，n1v1n2v2，由此可知：當光從光密介質傳播到光疏介質時，折射角大于入射角；當光從光疏介質傳播到光密介質時，折射角小于入

4、射角.光在光疏介質中傳播的速度大于光在光密介質中傳播的速度.2.對全反射的理解1全反射是光的折射的特殊現象，全反射現象還可以從能量變化角度加以理解.當光從光密介質射入光疏介質，在入射角逐漸增大的過程中，反射光的能量逐漸增強，折射光的能量逐漸減弱，當入射角等于臨界角時，折射光的能量已經減弱為零，發生了全反射.2全反射遵循的規律：光從光密介質進入光疏介質發生全反射時，仍然遵守反射定律，有關計算仍根據反射定律進展.1.以下選項所示光線由空氣透過半圓形玻璃磚，再射入空氣的光路圖中，正確的選項是玻璃的折射率為1.5【解析】【答案】BDE2.水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.33、1.55、1.6

5、0和1.63，假如光按以下幾種方式傳播，可能發生全反射的是A.從玻璃射入水晶B.從水射入二硫化碳C.從玻璃射入水中D.從水晶射入水E.從玻璃射入二硫化碳【解析】發生全反射的條件之一是光從光密介質射入光疏介質，光密介質折射率較大，故A、C、D正確.【答案】ACD3.為了測定某種材料制成的長方體的折射率，用一束光線從AB面以60入射角射入長方體光陰線剛好不能從BC面射出，如圖461所示，該材料的折射率是多少？圖461【解析】如題圖所示，根據折射定律：n由題意可知sin C而C90r由得cos r而cos r代入得聯立和解得n.【答案】全反射定律的應用技巧1.首先判斷是否為光從光密介質進入光疏介質，

6、假如是，下一步就要再利用入射角和臨界角的關系進一步判斷，假如不是那么直接應用折射定律解題即可.2.分析光的全反射時，根據臨界條件找出臨界狀態是解決這類題目的關鍵.3.當發生全反射時，仍遵循光的反射定律和光路可逆性.4.認真標準作出光路圖，是正確求解這類題目的重要保證.全 反 射 現 象 的 應 用1.全反射棱鏡頂角是直角的等腰三棱鏡叫做全反射棱鏡，沿棱鏡的任何一面垂直射入棱鏡的光都將發生全反射.2.光導纖維1構造和原理光導纖維是非常細的特制玻璃絲，直徑從幾微米到幾十微米之間，由內芯和外層透明介質兩層組成.內芯的折射率比外套的折射率大，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射.2應用：光導纖維可應

7、用于醫學上的內窺鏡和光纖通信.1.光從密度大的介質射入密度小的介質時一定能發生全反射.2.全反射棱鏡和平面鏡都是根據全反射原理.3.光纖通信的主要優點是容量大.微細的光纖封裝在塑料護套中，使得它可以彎曲而不至于斷裂，光纖為什么要由兩層介質構成？【提示】光纖的工作原理是全反射，要由兩種介質配合才能產生全反射現象.1.全反射棱鏡1用玻璃制成的截面為等腰直角三角形的棱鏡，其臨界角約為42.2改變光的傳播方向：當光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時，光在截面的斜邊上發生全反射，光射出棱鏡時，傳播方向改變了90.當光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時，在兩個直角邊上各發生一次全反射，使光的傳播方向改變了180.3全反

8、射棱鏡特點：與平面鏡相比，全反射棱鏡反射率高，幾乎可達100%.反射面不必涂任何反光物質，反射失真小.抑制了平面鏡成多個像的問題.2.光導纖維1構造：光導纖維一般由折射率較大的玻璃內芯和折射率較小的外層透明介質組成，如圖462所示.圖462實際用的光導纖維是非常細的特制玻璃絲，直徑只有幾微米到一百微米之間，外層包上折射率比它小的材料，再把假設干根光纖集成一束，制成光纜，進一步進步了光纖的強度.2原理：全反射是光導纖維的根本工作原理.光在光纖內傳播時，由光密介質入射到光疏介質，假設入射角iC臨界角，光就會在光纖內不斷發生全反射.3應用：光纖通信是光導纖維的一個重要應用.載有聲音、圖像以及各種數字

9、信號的激光從光纖一端輸入，就可以傳到千里之外的另一端，實現光纖通信.4.空氣中兩條光線a和b從方框左側入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖463所示，方框內有兩個折射率為n1.5的全反射玻璃棱鏡.在框內畫出兩個棱鏡的放置方式并作出光路圖.圖463【答案】5.光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導纖維，它的構造如圖464所示，其內芯和外套材料不同，光在內芯中傳播.內芯的折射率比外套的_，光傳播時在內芯與_的界面上發生全反射.圖464【解析】光纖內芯比外套折射率大，在內芯與外套的界面上發生全反射.【答案】大外套6.如圖465所示，一根長為L的直光導纖維，它的折射率為n.光從它的一個端面射入，

10、從另一端面射出所需的最長時間為多少？設光在真空中的光速為c圖465【解析】該題考察光導纖維的全反射及光速問題.由題中的條件可知，要使光線從光導纖維的一端射入，然后從它的另一端全部射出，必須使光線在光導纖維中發生全反射現象.要使光線在光導纖維中經歷的時間最長，就必須使光線的途徑最長，即光對光導纖維的入射角最小，光導纖維的臨界角為Carcsin.光在光導纖維中傳播的路程為dnL，光在光導纖維中傳播的速度為v，所需的最長時間為tmax.【答案】對光導纖維折射率的要求設光導纖維的折射率為n，當入射光線的入射角為1時，進入端面的折射光線傳到側面時恰好發生全發射，如圖466所示，那么有：sin C，n，C

11、290，由以上各式可得：圖466sin 1.由圖466可知：1當1增大時，2增大，而從纖維射向空氣中光線的入射角減小.2當190時，假設C，那么所有進入纖維中的光線都能發生全反射，即有n，以上是光從纖維射向真空時得到的折射率.3由于光導纖維包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光導纖維折射率要比大些.激 光1.激光的特點及應用特點性質應用單色性好相干性：激光具有單色性好、相干性好，頻率嚴格單一，且在同一個方向上偏振的光能產生穩定的干預現象光纖通信方向性好平行度：激光的平行度非常好，傳播很遠的間隔 發散角只有0.06激光測距，讀取光盤上記錄的信息等亮度高亮度高：它可以在很小的空間和很短的時

12、間內聚集起大到難以想象的能量用激光束切割、焊接、醫學上可以用激光做“光刀、激發核反響等2.全息照相1與普通照相技術的比較普通照相技術所記錄的只是光波的強弱信息，而全息照相技術還記錄了光波的相位信息.2原理：全息照片的拍攝利用了光的干預原理.1.激光可以進展光纖通信是利用了相干性好的特點.2.激光可用做“光刀來切開皮膚是利用激光的相干性好.3.全息照相技術只能記錄光波的強弱信息.利用激光測量地球到月球的間隔 ，應用了激光哪方面的性質？【提示】應用了“平行度非常好的性質.1.激光的相干性好所謂相干性好，是指容易產生干預現象.普通光源發出的光即使是所謂的單色光頻率是不一樣的，而激光器發出的激光的頻率

13、幾乎是單一的，并且滿足其他的相干條件.所以，如今我們做雙縫干預實驗時，無需在雙縫前放一個單縫，而是用激光直接照射雙縫，就能得到既亮堂又明晰的干預條紋.利用相干光易于調制的特點傳輸信息，所能傳遞的信息密度極高，一條細細的激光束通過光纜可以同時傳送一百億路 和一千萬套電視，全國人民同時通話還用不完它的通訊容量，而光纖通信就必須借助激光技術才能開展.2.激光的平行度非常好與普通光相比，傳播一樣間隔 的激光束的擴散程度小，光線仍能保持很大的強度，保持它的高能量，利用這一點可以準確測距.如今利用激光測量地月間隔 準確度已到達1 m.3.激光的亮度非常高它可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量.假如

14、把強大的激光束會聚起來，可使物體被照部分在千分之一秒的時間內產生幾千萬度的高溫.不能直接照射眼睛，否那么會傷害眼睛.4.激光單色性很好激光的頻率范圍極窄，顏色幾乎是完全一致的.7.關于激光的應用，以下說法中正確的選項是A.光纖通信是應用激光相干好的特點對信號進展調制，使其在光導纖維中進展信息傳遞B.計算機內用“磁頭可讀出光盤上記錄的信息是應用了激光平行度好的特點來進展的C.醫學中用激光作“光刀來切除腫瘤是應用了激光亮度高的特點D.“激光測距雷達利用激光測量很遠目的的間隔 是應用了激光亮度高的特點E.激光打孔是應用了激光相干性好的特點【解析】光纖通信主要利用激光的相干性好的特點，選項A正確；計算

15、機內的“磁頭可讀出光盤上的信息主要應用了激光的平行度好的特點，選項B正確；醫療中用激光作“光刀和工業上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特點，選項C正確，E錯誤；激光測距利用的是激光的平行度好的特點，選項D錯誤.【答案】ABC8.準分子激光器利用氬氣和氟氣的混合物產生激光刀，可用于進展近視眼的治療.用這樣的激光刀對近視眼進展手術，手術時間短、效果好、無痛苦.關于這個治療，以下說法中正確的選項是A.近視眼是物體成像在眼球中的視網膜的前面，使人不能看清物體B.激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面積上對眼睛進展手術C.激光治療近視眼手術是對視網膜進展修復D.激光治療近視眼手術是對角膜進展切

16、削E.激光治療近視眼手術是利用激光的相干性好【解析】激光手術是物理技術用于臨床醫學的最新成果.人的眼睛是一個光學成像系統，角膜和晶狀體相當于一個凸透鏡，物體通過凸透鏡成像在視網膜上，人就能看清楚物體.當角膜和晶狀體組成的這個凸透鏡的焦距比較小，物體成像在視網膜的前面時，人就不能看清物體，這就是近視眼，A對；激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面積上對眼睛進展手術，B對、E錯；激光手術不是修復視網膜，而是對角膜進展切削，改變角膜的形狀，使眼球中的凸透鏡的焦距適當變大，物體經過角膜和晶狀體后成像在視網膜上，C錯、D對.【答案】ABD9.激光全息照片的底片上記錄了光的干預條紋，含有被拍攝物體反射的光的所有信息，實現了照片的立體性.假設照相時，被攝物體被擋住一部分，通過調整視線仍可看見被擋部分.照片被切開成兩半，從一半上仍可看到物體的全像