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(共24张PPT)
第二节 光的全反射现象的应用
这种玩具是如何传导光的？
主要内容
全反射棱镜
光纤
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01
PART 01
全反射棱镜
能够发生全反射的棱镜称为全反射棱镜。最常见的全反射棱镜是横截面为等腰直角三角形的三棱镜，如右图所示。
一、全反射棱镜
在右图中，等腰直角三角形 ABC 表示一个棱镜的横截面，它的两个直角边 AB 和 BC 分别表示棱镜上两个互相垂直的侧面。如果光线垂直地射到 AB 面上，就会沿原方向射入棱镜，射到 AC 面上。由于入射角（45°）大于光从玻璃射入空气的临界角（32°～42°），因此光会在 AC 面上发生全反射，沿着垂直于 BC 的方向从棱镜射出。
一、全反射棱镜
如果光垂直地射到 AC 面上，射入棱镜后，会先后在 BC 面和AB 面上发生两次全反射，最后沿着与入射时相反的方向从 AC 面上射出。
一、全反射棱镜
由于经过全反射棱镜反射的光几乎没有能量损失，因此，在光学仪器（如潜望镜、照相机、望远镜等）中，常用全反射棱镜来代替平面镜，改变光的传播方向。右图是全反射棱镜应用在潜望镜里的光路图。
一、全反射棱镜
望远镜为了获得较大的放大倍数，镜筒要很长，但使用全反射棱镜，就能够缩短镜筒的长度，如右图所示。
一、全反射棱镜
角反射器是一种由三个相互垂直的平面组成的能反射光等电磁波的装置。其中一种反射光的角反射器由石英直角锥棱镜组成，结构如右图所示。
一、全反射棱镜
【应用与拓展】 角反射器
2018年5月21日，我国发射的为嫦娥四号月球探测任务提供地月间信息传输功能的“鹊桥号”中继通信卫星（右图），其上就安装了一面超高清激光角反射器。
一、全反射棱镜
一些自行车的尾部、轮条上都装有由塑料制成的角反射器（右图），当夜间汽车的灯光照到其表面的时候，明亮的灯光就会被反射到开车司机的眼睛里，提醒司机注意前面的自行车，从而避免发生交通事故。
一、全反射棱镜
另外，一些道路安全道钉、路障警示牌、车辆轮廓标志等交通安全警示物品都是根据相同原理制成的。
02
PART 02
光纤
二、光纤
1966年7月，华裔科学家高锟（右图）首先提出光纤可以用于通信传输的设想，后来因此获得2009年诺贝尔物理学奖，被誉为“光纤之父”。
【观察与体验】 观察光在玻璃棒中的传播
用激光灯照射弯折成各种形状的玻璃棒（右图）的一端，在一张白色纸片上挖一个圆孔，使其恰好能套在玻璃棒上。将纸片沿着玻璃棒移动，观察激光在玻璃棒的不同位置的泄漏情况。
二、光纤
与同学讨论，要想让激光在玻璃棒中顺利地传播，需要采取什么措施？
应用最广的光纤是用纯度极高的石英拉制成直径约10 μm的纤芯，纤芯的外侧包裹着折射率更小的包层。在纤芯中传播的光会在纤芯和包层的界面上发生全反射，使得光在光纤中沿纤芯传播，如下图所示。
二、光纤
实际的单模光纤在包层外面还有缓冲涂覆层等，如下图所示，其作用是既能保护光纤免受环境污染和机械损伤，又能保证光纤不会产生过大的偏折。
二、光纤
儿童玩具“满天星”的传光原理就跟光纤一样，不同色彩的光从数百根塑料丝的一端射入，在塑料丝的内壁发生多次全反射，沿着锯齿形路线穿过塑料丝，从另一端射出，形成数百个明亮的发光点。
二、光纤
光纤通信具有容量大、损耗低、抗电磁干扰性能强、保密性强等优点。一根光纤的传输能力理论值为 1 000 亿路电话，而一根光缆中可以包括几十根甚至上千根光纤，如下图所示，其通信容量之大就更加惊人了。
二、光纤
通信光缆是国家通信网络的重要组成部分，担负着国内、国际通信任务。光缆主要由玻璃纤维组成，对于个人无任何经济价值，但通信光缆一旦受损，修复的成本是很大的，会给国家带来巨大的社会影响和经济损失。故意损害和盗窃通信光缆都是违法犯罪行为，将会被追究刑事责任。每位公民都有责任和义务注意保护通信光缆。
【行为与责任】
二、光纤
医学上用光纤制成内窥镜，如右图所示，用来检查人体胃、肠、气管、肺等器官的内部。
二、光纤
进入 21 世纪后，随着人工智能、大数据、物联网等新技术的应用与发展，全球进入万物互联的 5 G时代，我国对大容量、超高速和超长距的通信网络有了更为迫切的需求，光纤宽带互联网也已经连接入我国的大多数家庭。截至 2020 年 9 月末，我国光缆线路总长度已达 5 000 万千米，每天 9 亿多网民产生的海量数据流动在光纤宽带网络上。
二、光纤
自1993年我国建设第一条海底光缆以来，海底光缆已经成为我国与世界信息交流的重要方式，承载着海量的互联网信息传输。近年来，我国海底光缆行业蓬勃发展，已成为国际市场上一股重要的新生力量。目前我国在光缆断点查找和机器人海底作业等方面的技术已经达到世界领先水平，为建设21世纪的数字丝绸之路奠定了坚实的基础。
【技术·中国】 我国的海底光缆
二、光纤
谢谢聆听！

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