滬科物理選修3-4 第4章4.6《全反射與光導(dǎo)纖維》4.7《激光》

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,歡迎進(jìn)入物理課堂,4.6全反射與光導(dǎo)纖維4.7激光,,,,,,,,,,,核心要點(diǎn)突破,課堂互動(dòng)講練,知能優(yōu)化訓(xùn)練,4.6~4.7,,課前自主學(xué)案,,,課標(biāo)定位,課標(biāo)定位,學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)、全反射、臨界角的概念．2．能判定是否發(fā)生全反射，并能分析解決有關(guān)問(wèn)題．3．了解全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維．4．認(rèn)識(shí)激光和自然光的區(qū)別．5．了解激光的特點(diǎn)和應(yīng)用．重點(diǎn)難點(diǎn)：全反射、臨界角的概念和全反射的條件是重點(diǎn)，應(yīng)用全反射分析解題是難點(diǎn)．,課前自主學(xué)案,一、研究光的全反射現(xiàn)象1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的概念兩種不同的介質(zhì)，折射率較小的介質(zhì)叫做_______介質(zhì)，折射率較大的介質(zhì)叫做_____介質(zhì)．2．全反射現(xiàn)象(1)全反射及臨界角的概念①全反射：光從______介質(zhì)射入______介質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角增大到超過(guò)某一角度時(shí)，折射光線完全消失，全部光線都被反射回光密介質(zhì)的現(xiàn)象．,光疏,光密,光密,光疏,②臨界角：剛好發(fā)生全反射(即________等于90)時(shí)的_________．用字母C表示．(2)全反射的條件①光從______介質(zhì)射入_______介質(zhì)．②入射角____________臨界角．(3)臨界角與折射率的關(guān)系,折射角,入射角,光密,光疏,大于等于,小,容易,越大,越小,容易,二、全反射現(xiàn)象的應(yīng)用1．解釋全反射現(xiàn)象(1)水或玻璃中的氣泡看起來(lái)特別亮，是由于光射到氣泡上發(fā)生了_________．(2)在沙漠里，接近地面的熱空氣的折射率比上層空氣的折射率_______，從遠(yuǎn)處物體射向地面的光線的入射角_______________時(shí)發(fā)生_______，人們就會(huì)看到遠(yuǎn)處物體的倒影．,全反射,小,大于臨界角,全反射,2．全反射棱鏡(1)形狀：截面為___________三角形的棱鏡．(2)光學(xué)特性①當(dāng)光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時(shí)，光在截面的斜邊上發(fā)生________，光射出棱鏡時(shí)，傳播方向改變了________.②當(dāng)光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時(shí)，在兩個(gè)直角邊上各發(fā)生一次________，使光的傳播方向改變了__________.③全反射棱鏡的反射性能比鍍銀的平面鏡________．,等腰直角,全反射,90,全反射,180,更好,三、光纖及其應(yīng)用1．光纖的構(gòu)造光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)是非常細(xì)的特制玻璃絲，直徑從幾微米到幾十微米之間，由內(nèi)芯和外層透明介質(zhì)兩層組成．內(nèi)芯的折射率比外套的_____，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生_________．2．光纖的原理：利用了_________原理．3．光纖在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用醫(yī)學(xué)上把光纖束制成內(nèi)窺鏡，檢查人體胃、腸、氣管等器官的內(nèi)部．利用光纖，還可以把激光導(dǎo)入人體內(nèi)做腫瘤切除手術(shù)．,大,全反射,全反射,4．光纖通信光纖通信先將_______信號(hào)轉(zhuǎn)換為_____信號(hào)，利用光纖把_____信號(hào)輸出；到接收端再將光信號(hào)還原為聲音信號(hào)．光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)：______大、能量損耗小、_____________強(qiáng)，保密性好等．四、激光1．激光的特性(1)單色性好(相干性好)．所謂單色性好就是______單一．激光是顏色最純的單色光．(2)方向性好，或者說(shuō)_________好，只向一定的方向發(fā)光．,聲音,光,光,容量,抗干擾能力,頻率,平行度,(3)亮度高可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量，一支僅為1mW的氦—氖激光器的亮度要比地球上看到的太陽(yáng)光亮約一百倍，而一臺(tái)功率較大的紅寶石巨脈沖激光器的亮度比太陽(yáng)光要亮上百萬(wàn)倍，可以說(shuō)，激光是現(xiàn)代最亮的光源．2．激光的應(yīng)用(1)光纖通信,(2)激光測(cè)距(3)激光寫、讀由于激光的平行度好，激光可以會(huì)聚到一個(gè)很小的點(diǎn)上，利用激光可以在光盤上刻錄密度很高的信息，也可以利用激光從VCD機(jī)、CD唱機(jī)或計(jì)算機(jī)的光盤上讀出記錄的信息，經(jīng)過(guò)處理后還原成聲音或圖像．(4)可用激光束來(lái)切割、焊接以及在很硬的材料上打孔，醫(yī)學(xué)上可以用激光做“________”切開皮膚、切除腫瘤．,光刀,(5)激光加工將激光器發(fā)出的激光經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦后，在待加工的工件上形成密度很高、能量很大、直徑很小的光斑，使受照部位迅速熔化或汽化，以完成規(guī)定的加工，包括切割、焊接、打孔、劃片、整形、熱處理和表面處理等．3．全息照相(1)普通照相技術(shù)所記錄的只是光波的強(qiáng)弱信息，全息照相技術(shù)還可以記錄光波的_______信息．(2)全息照相的拍攝利用了光的__________，這要求參考光和物光具有很高的相干性，激光符合這個(gè)要求．,相位,干涉原理,核心要點(diǎn)突破,一、對(duì)全反射的理解1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的相對(duì)性：兩種介質(zhì)在不同的比較中結(jié)果可能不同，如水、水晶和金剛石．水晶對(duì)水來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì)，但對(duì)金剛石來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)．,2．全反射現(xiàn)象中的能量分配入射光、反射光、折射光的方向變化及能量分配關(guān)系：(1)折射角隨著入射角的增大而增大；(2)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，亮度增加；(3)當(dāng)入射角增大到某一角度(即臨界角)時(shí)，折射光線能量減弱到零(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．,圖4－6－1,二、全反射的應(yīng)用1．光導(dǎo)纖維(1)作用：傳遞聲音、圖像及各種數(shù)字信號(hào)．(2)原理：光的全反射．(3)構(gòu)造特點(diǎn)：雙層，外層材料的折射率比里層材料的折射率?。?4)優(yōu)點(diǎn)：容量大、衰減小、抗干擾能力強(qiáng)．(5)實(shí)際應(yīng)用：光纖通信、醫(yī)用胃鏡等．,2．全反射棱鏡：橫截面成等腰直角三角形的三棱鏡．在玻璃內(nèi)部，光射向玻璃與空氣界面時(shí)，入射角大于臨界角，發(fā)生全反射．與平面鏡相比，它的反射率高，幾乎可達(dá)100%，由于反射面不涂敷任何反光物質(zhì)，所以反射失真?。x擇適當(dāng)?shù)娜肷潼c(diǎn)，可以使入射光線經(jīng)過(guò)全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)90或180，如圖4－6－2甲、乙所示．,圖4－6－2,即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)2.空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖4－6－3所示．方框內(nèi)有兩個(gè)折射率n＝1.5的玻璃全反射棱鏡．下面給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖，其中能產(chǎn)生該效果的是()圖4－6－3,圖4－6－4,解析：選B.四個(gè)選項(xiàng)產(chǎn)生光路效果如圖所示：由圖可知B項(xiàng)正確．,四、應(yīng)用全反射解釋自然現(xiàn)象1．對(duì)“海市蜃樓”的解釋由于空中大氣的折射和全反射，會(huì)在空中出現(xiàn)“海市蜃樓”．在海面平靜的日子，站在海濱，有時(shí)可以看到遠(yuǎn)處的空中出現(xiàn)了高樓聳立、街道棋布、山巒重疊等景象．這種景象的出現(xiàn)是有原因的．當(dāng)大氣層比較平靜時(shí)，空氣的密度隨溫度的升高而減小，對(duì)光的折射率也隨之減小，海面上空的空氣溫度比空中低，空氣的折射率下層比上層大．我們可以粗略地把空中的大氣分成許多水平的空氣層，如圖4－6－5所示，下層的折射率較大．,圖4－6－5,遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光線射向空中時(shí)，不斷被折射，射向折射率較低的上一層的入射角越來(lái)越大，當(dāng)光線的入射角大到臨界角時(shí)，就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象．光線就會(huì)從高空的空氣層中通過(guò)空氣的折射逐漸返回折射率較高的下一層．在地面附近的觀察者就可以觀察到由空中射來(lái)的光線形成的虛像．這就是海市蜃樓的景象．如圖4－6－6所示．圖4－6－6,2．對(duì)沙漠上、柏油路上的蜃景的解釋在沙漠里也會(huì)看到蜃景，太陽(yáng)照到沙地上，接近沙面的熱空氣層比上層空氣的密度小，折射率也?。畯倪h(yuǎn)處物體射向地面的光線，進(jìn)入折射率小的熱空氣層時(shí)被折射，入射角逐漸增大，也可能發(fā)生全反射．人們逆著反射光線看去，就會(huì)看到遠(yuǎn)處物體的倒景(圖4－6－7)，仿佛是從水面反射出來(lái)的一樣．沙漠里的行人常被這種景象所迷惑，以為前方有水源而奔向前去，但總是可望而不可及．,沙漠里的蜃景圖4－6－7,在炎熱夏天的柏油馬路上，有時(shí)也能看到上述現(xiàn)象．貼近熱路面附近的空氣層同熱沙面附近的空氣層一樣，比上層空氣的折射率?。畯倪h(yuǎn)處物體射向路面的光線，也可能發(fā)生全反射，從遠(yuǎn)處看去，路面顯得格外明亮光滑，就像用水淋過(guò)一樣．3．水或玻璃中的氣泡為何特別明亮由圖4－6－8可知，也是光線在氣泡的表面發(fā)生全反射的結(jié)果．,圖4－6－8,課堂互動(dòng)講練,已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為θ，則()A．該介質(zhì)對(duì)此單色光的折射率等于1/sinθB．此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于光在真空中傳播速度的sinθ倍C．此單色光在該介質(zhì)中的頻率是在真空中頻率的sinθ倍D．此單色光在該介質(zhì)中的波長(zhǎng)是在真空中波長(zhǎng)的sinθ倍,【答案】ABD,變式訓(xùn)練1有三種均勻透明介質(zhì)A、B、C，已知介質(zhì)A對(duì)介質(zhì)B來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)，介質(zhì)B對(duì)介質(zhì)C來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì)，介質(zhì)C對(duì)介質(zhì)A來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)，同一束單色光在三種介質(zhì)中的傳播速度分別為vA、vB、vC.三種介質(zhì)對(duì)同一單色光的折射率分別為nA、nB、nC，同一束光由三種介質(zhì)射入真空時(shí)的臨界角分別為CA、CB、CC，(1)比較nA、nB、nC的大小關(guān)系；(2)比較vA、vB、vC的大小關(guān)系；(3)比較CA、CB、CC的大小關(guān)系．,答案：(1)nCvA>vB(3)CC>CA>CB,圖4－6－9,【自主解答】如圖4－6－10所示，過(guò)O點(diǎn)作與MN成45角的半徑，沿該半徑方向入射的光線AO，剛好與圓柱面垂直，不發(fā)生折射，沿直線射到O點(diǎn)，它與過(guò)O點(diǎn)的法線夾角剛好等于臨界角45，故AO光線是剛好能發(fā)生全反射的臨界光線．圖4－6－10,【方法總結(jié)】從上題中看到解決全反射問(wèn)題的關(guān)鍵：(1)準(zhǔn)確熟練地作好光路圖；(2)抓住特殊光線的分析，如圖中的光線A、C.求光線照射的范圍時(shí)，關(guān)鍵是如何找出邊界光線．如果發(fā)生全反射，剛能發(fā)生全反射時(shí)的臨界光線就是一個(gè)邊界光線，而另一光線要通過(guò)分析找出．,變式訓(xùn)練2(2010年高考山東卷)如圖4－6－11所示，一段橫截面為正方形的玻璃棒，中間部分彎成四分之一圓弧形狀，一細(xì)束單色光由MN端面的中點(diǎn)垂直射入，恰好能在弧面EF上發(fā)生全反射，然后垂直PQ端面射出．,圖4－6－11,(1)求該玻璃棒的折射率．(2)若將入射光向N端平移，當(dāng)?shù)谝淮紊涞交∶鍱F上時(shí)________(填“能”“不能”或“無(wú)法確定能否”)發(fā)生全反射．,解析：如圖所示，單色光照射到EF弧面上時(shí)剛好發(fā)生全反射，由全反射的條件得C＝45①,下列說(shuō)法正確的是()A．激光可用于測(cè)距B．激光能量十分集中，只可用于加工金屬材料C．外科研制的“激光刀”可以有效地減少細(xì)菌的感染D．激光可用于全息照相，有獨(dú)特的特點(diǎn),【精講精析】激光平行度好，即使在傳播了很遠(yuǎn)的距離之后，它仍保持一定的強(qiáng)度，此特點(diǎn)可用于激光測(cè)距，A正確；激光的亮度高，能量十分集中，可用于金屬加工，激光醫(yī)療，激光美容，激光武器等，B錯(cuò)誤；激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它記錄了光的相位信息，所以看起來(lái)跟真的一樣，立體感較強(qiáng)，D正確；由于激光亮度高、能量大，在動(dòng)手術(shù)的同時(shí)，也能殺滅細(xì)菌，所以C正確．,【答案】ACD【方法總結(jié)】激光的主要特點(diǎn)有三個(gè)：(1)平行性好；(2)相干性好(單色性好)；(3)亮度高．解題時(shí)要從題目提供的信息識(shí)別與激光的哪個(gè)特點(diǎn)對(duì)應(yīng)，然后再進(jìn)行判斷．,變式訓(xùn)練3在演示雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)時(shí)，常用激光做光源，這主要是應(yīng)用激光的什么特性()A．亮度高B．平行性好C．單色性好D．波動(dòng)性好解析：選C.頻率相同的兩束光相遇才能發(fā)生干涉，激光的單色性好，頻率單一，通過(guò)雙縫時(shí)能夠得到兩束相干光．,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,