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第三节　光的全反射与光纤技术
[学习目标]　1.知道光疏介质和光密介质,理解它们的相对性.2.知道光的全反射,会利用全反射解释有关现象.3.理解临界角的概念,能判断是否发生全反射并能画出相应的光路图.(重点) 4.了解全反射棱镜和光导纤维.　　　　　　 　　　　　 　　　　　
知识点一　光的全反射现象
情境导学
　我们在生活中常见以下现象:图甲所示荷叶上的小水珠看着晶莹透亮;图乙所示玻璃玩具里的小气泡看上去格外明亮.上述情境是什么现象
提示:光的全反射现象.
知识整合
1.光疏介质和光密介质
(1)光疏介质:折射率较小的介质.
(2)光密介质:折射率较大的介质.
(3)光疏介质与光密介质是相对的.
注意:任何两种透明介质都可以通过比较同一种光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质.光疏介质、光密介质与介质密度是不同的,光疏介质与光密介质是从光学特性来说的,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质.
2.全反射现象
(1)全反射:光从光密介质射入光疏介质时,折射角大于入射角且随入射角增大而增大.当入射角达到一定角度,折射角变成90°,继续增大入射角,折射光线消失,此时入射光线全部被反射回折射率较大的光密介质中,这种现象称为光的全反射.
(2)临界角:折射角等于90°时的入射角,记作ic.
(3)临界角与折射率的关系:sin ic=.
3.全反射发生的条件
(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.
注意:发生全反射时,光全部返回原介质,入射光与反射光遵循光的反射定律,由于不存在折射光线,光的折射定律不再适用.
4.临界角
(1)折射角等于90°时的入射角.
(2)光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时,发生全反射的临界角为ic.
正误辨析
(1)光密介质是指密度大的介质.(　×　)
(2)光由光疏介质射入光密介质后速度减小.(　√　)
(3)发生全反射时仍有折射光线,只是折射光线非常弱.(　×　)
(4)入射角大于临界角就会发生全反射现象.(　×　)
[例1] (对全反射的理解)(2025·广东清远联考)如图甲所示,为研究一半圆柱形透明新材料的光学性质,用激光由真空沿半圆柱的径向射入,入射光线与法线成θ角,由光学传感器CD可以探测反射光的强度.实验获得从AB面反射回来的反射光的强度随θ角变化的情况如图乙所示.光在真空中传播速度为c,则该激光在这种透明新材料中(　　)
[A] 折射率为
[B] 传播速度为c
[C] θ=0°时,反射光强度为0
[D] 反射光的强度随θ角的增大而增大
【答案】 B
【解析】 根据题图乙可知当θ=60°时激光发生全反射,根据临界角公式可得n=c,B正确;θ=0°时大量的激光从O点射出,少量激光反射经过C点,C错误;根据题图乙可知,当θ=60°时激光发生全反射,此后θ角增大,反射光的强度不变,D错误.
[训练1] 某一单色光由空气射入截面为等腰梯形的玻璃砖,或由该玻璃砖射入空气,已知该玻璃砖对该单色光的折射率为1.5,则下列光路图正确的是(　　)
[A] 图甲、图丙 [B] 图甲、图丁
[C] 图乙、图丙 [D] 图乙、图丁
【答案】 C
【解析】 单色光由空气射入玻璃砖时,折射角小于入射角,题图甲错误,题图乙正确;当该单色光由玻璃砖射入空气时,发生全反射的临界角的正弦值sin ic==sin 45°,所以临界角 ic<45°,题图丙、丁中该单色光由玻璃砖射入空气时的入射角为47°,大于临界角,会发生全反射,题图丙正确,题图丁错误.故选C.
[训练2] 光在某种介质中传播的速度为1.5×108 m/s,光从此介质射向空气并发生全反射时的临界角是ic=　　　　.
【答案】 30°
【解析】 该介质的折射率n===2,恰好发生全反射时有sin ic==,则ic=30°.
[例2] (对全反射现象的理解及实际应用)(2022·广东卷)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体,液体上方是空气,其截面如图所示.一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动,它所发出的光束始终指向圆心O点.当光束与竖直方向成45°角时,恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束.已知光在空气中的传播速度为c,求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v.
【答案】 c
【解析】 当入射角达到45°时,恰好到达临界角ic,根据sin ic=,
可得液体的折射率n=,
由于n=,可知激光在液体中的传播速度
v=c.
[例3] (全反射在实际生活中的应用)(2025·广东广州期末)如图甲为“水下世界国际摄影大赛”的获奖作品,摄影师在水下对水上的景物进行拍摄,呈现了美轮美奂、令人赞叹的美学效果.忽略镜头尺寸的影响,假设摄影师由水下竖直向上拍摄,光的传播路径如图乙所示.已知水的折射率为,取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,下列说法正确的是(　　)
[A] 光线射入水中频率减小
[B] 水中拍摄到的水上景物比实际位置偏低
[C] 进入镜头的光线与竖直方向的夹角θ最大为37°
[D] 通过镜头将只能拍摄到岸上一部分的景物
【答案】 D
【解析】 光线由水上射入水中时,光的频率不变,故A错误;如图所示,光源S成像在S′处,S′的位置比S的位置偏高,故B错误;当光线在水面的入射角为90°时,水中光线与竖直方向夹角达到最大值,即临界角ic,且sin ic=>0.6,则ic>37°,故C错误;由于实际上入射角达不到90°,所以通过镜头将只能拍摄到岸上一部分的景物,故D正确.
知识点二　光导纤维的工作原理及应用
情境导学
在暗室中,使一束极细的激光沿水平方向从小孔对面一侧射入水流中,如图所示,你观察到什么现象
提示:从实验中可以看出,当入射角大于某一角度时,激光沿着水柱传播,水柱以外几乎没有光.这是因为水柱中的光在水与空气界面发生全反射,激光全被反射回水中.
知识整合
1.构造:光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径一般只有1～100 μm,光导纤维简称光纤.由纤芯和包层组成.包层的折射率比纤芯的小,光传播时在纤芯与包层的界面上发生全反射.
2.原理:光导纤维利用了光的全反射原理.
注意:光由一端进入,在两层的界面上经过多次全反射,从另一端射出.
3.光导纤维纤芯的折射率
设光导纤维的折射率为n,当入射角为θ1时,进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射,如图所示.
则有sin ic=,n=,ic+θ2=90°,由以上各式可得sin θ1=.
由图可知,当θ1增大时,θ2增大,而从光纤射向空气中光线的入射角θ减小,当θ1=90°时,若 θ=ic,则所有进入光纤中的光线都能发生全反射,即解得n=,以上是光从光纤射向真空时得到的折射率,由于光导纤维包有外套,外套的折射率比真空的折射率大,因此折射率要比大些.
4.光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强等.
[例4] (光导纤维的构造及工作原理)(多选)(2025·广东广州期末)我国的光纤通信技术处于世界领先水平.光纤主要由纤芯(内层玻璃)和包层(外层玻璃)组成.若某种光纤的纤芯在空气中全反射的临界角为43°(取sin 43°=0.68,cos 43°=0.73),则下列说法正确的有(　　)
[A] 光纤包层的折射率要比纤芯的小
[B] 光纤包层的折射率要比纤芯的大
[C] 该光纤纤芯的折射率约为1.5
[D] 该光纤纤芯的折射率约为1.4
【答案】 AC
【解析】 光在纤芯中传播时,在纤芯和包层的界面上发生全反射,所以纤芯是光密介质,包层是光疏介质,即光纤包层的折射率比纤芯小,A正确,B错误;该光纤纤芯的折射率为n=≈1.5,故C正确,D错误.
[例5] (光导纤维的应用)(2025·广东清远联考)如图所示,一根长为l=5.0 m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,已知光在真空中的传播速度为c=3.0×108 m/s,经过一系列全反射后从右端射出,则:
(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
[思路点拨] (1)已知光导纤维的折射率,可求激光在光导纤维中的速度.
(2)由折射定律可知光在光导纤维中的折射角,可求出光线在光导纤维中的总路程,进一步可求出光在光导纤维中经历的时间.
【答案】 (1)2.1×108 m/s　(2)2.7×10-8 s
【解析】 (1)由n=≈2.1×108 m/s.
(2)由全反射临界角公式sin ic=可知,临界角ic=45°;由n=可得sin γ=,即光线从左端面射入后的折射角为30°,射到侧面时的入射角为60°,大于临界角45°,因此发生全反射;同理,光线每次在侧面都将发生全反射,直到光线到达右端面.由几何关系可以求出光线在光导纤维中通过的总路程s==,因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间t=≈2.7×10-8 s.
知识点三　全反射棱镜的特点及应用
知识整合
1.全反射棱镜:横截面是等腰直角三角形的棱镜是全反射棱镜,它常用来代替平面镜改变光的传播方向.
2.光通过全反射棱镜时的几种方式
项目 方式一 方式二 方式三
光路图
入射面 AB AC AB
全反射面 AC AB、BC AC
光线方向 改变角度 90° 180° 0° (发生侧移)
[例6] (全反射棱镜)(2025·广东东莞期中)如图所示,某透明体的横截面是腰长为a的等腰直角三角形,一细光束从距A点AB长的D点垂直于AB射入透明体,在AC界面上刚好发生全反射.真空中的光速为c,求:
(1)透明体的折射率;
(2)该光束在透明体内传播的时间.
[思路点拨] (1)首先画出光路图,由光在AC界面上刚好发生全反射,可知临界角为45°,进一步可求出透明体的折射率.
(2)由折射率可求出光在透明体内的速度,进一步可求出传播时间.
【答案】 (1)
【解析】 (1)光束进入透明体到达AC界面时,入射角i=45°,即临界角ic=45°,故sin ic=,
解得n=.
(2)光束在透明体内的光路如图所示,由几何关系得,光在透明体中传播的总路程
s=a,
光在透明体内的速度v=,
所以传播时间t=.
[训练3] (2025·广东湛江统考)在光学仪器中,“道威棱镜”被广泛用于图形翻转.如图所示,棱镜的横截面ABCD是底角为45°的等腰梯形.现有一光源F发出一组平行于BC的光线从真空中射入棱镜,已知棱镜材料的折射率n=.
(1)求光线穿过AB面时的折射角;
(2)请通过计算说明光线在BC面是否发生全反射;
(3)请画出图中两条入射光线到光屏的光路图及在光屏中所成的像,并说明所成像的特征.
【答案】 (1)30°　(2)见解析　(3)见解析
【解析】 (1)由题图可知,平行光在AB面的入射角i=45°,根据光的折射定律可得n=,
解得折射角γ=30°.
(2)根据全反射公式可得n=,
解得临界角ic=45°,
根据几何关系,光线在BC面的入射角为75°>ic=45°,故发生全反射.
(3)光路图如图所示,由图可知,所成像倒立.
课时作业
(分值:86分)
(选择题每题6分)
知识点一　光的全反射现象
1.关于全反射,下列叙述正确的是(　　)
[A] 发生全反射时仍有折射光线,只是折射光线非常弱
[B] 光从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象
[C] 光从光密介质射向光疏介质时,可能不发生全反射现象
[D] 光从光疏介质射向光密介质时,可能发生全反射现象
【答案】 C
【解析】 发生全反射时折射光线消失,A错误;发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质,且入射角大于或等于临界角,二者缺一不可,B、D错误,C正确.
2.(2025·广东广州期末)如图为埃舍尔名画(三界),我们总是像画中一样看到远处树木的倒影,近处水中的鱼.下列说法正确的是(　　)
[A] 远处水中没有鱼
[B] 树木倒影是树木发出的光先进入水中,然后再通过水的折射进入人的眼中
[C] 近处的鱼发出的光经过水面时透射光的能量较少
[D] 远处的鱼发出的光入射角大,容易发生全反射,所以看不到
【答案】 D
【解析】 远处的鱼发出的光入射角较大,当入射角大于或等于全反射临界角时发生全反射,光线不能射出水面,所以看不到,D正确,A错误;树木倒影是树木发出的光在水面发生反射后,反射光进入人的眼中,B错误;近处的鱼发出的光到水面处,入射角越小,反射光越弱而折射光越强,所以近处的鱼发出的光经过水面时透射光的能量较多,C错误.
3.(多选)(2025·广东广州联考)酷热的夏天,在平坦的柏油公路上你会看到远处的路面显得格外明亮,仿佛有一片“水面”,但当你向“水面”靠近时,“水面”也随着你的靠近而后退,对此现象正确的解释有(　　)
[A] 这一现象是由光的折射和光的全反射造成的
[B] “水面”不存在,是由于酷热难耐,人产生的幻觉
[C] 太阳辐射到地面,使地表温度升高,附近空气折射率变大,发生全反射
[D] 太阳辐射到地面,使地表温度升高,附近空气折射率变小,发生全反射
【答案】 AD
【解析】 酷热的夏天柏油路面温度较高,路面上方下层空气的温度比上层空气的温度高,下层空气的折射率比上层的小,由路面向上折射率逐渐变大,太阳光斜向下射向路面过程是由光密介质射入光疏介质,经过多次折射使入射角逐渐变大,达到临界角时发生全反射现象,故人们会看到远处的路面仿佛有一片“水面”,故A、D正确.
4.一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上发生折射,其光路图如图所示,a、b为其折射出的光线中两种单色光,下列说法正确的是(　　)
[A] 在冰晶中,a光的折射率较大
[B] 在冰晶中,b光的传播速度较大
[C] 从同种玻璃中射入空气发生全反射时,a光的临界角较大
[D] a、b光在真空中传播时,b光的波长较长
【答案】 C
【解析】 设入射角为α,折射角为β,由题图可知,a光和b光入射角相同,a光折射角大于b光折射角,根据n=可知,a光折射率小于b光折射率,故A错误;由A选项知a光折射率小,结合n=可知a光在冰晶中的传播速度大,故B错误;根据临界角公式sin ic=知,a光折射率小,所以a光的临界角大于b光的临界角,故C正确;由于a光折射率小于b光折射率,知a光频率小于b光频率,根据 c=λf可知,a光的波长大于b光的波长,故 D错误.
知识点二　光导纤维的工作原理及应用
5.光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种.阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层,内芯的折射率比外套的大.连续型光导纤维的折射率中心最高,沿径向逐渐减小,外表面附近的折射率最低.关于光在连续型光导纤维中的传播,下列四个图中能正确表示传播路径的是(　　)
[A] 　 [B]
[C] 　[D]
【答案】 C
【解析】 连续型光导纤维的折射率中心最高,沿径向逐渐减小,可知光从光密介质进入光疏介质,未发生全反射时,折射角应大于入射角,故A、B错误;光从空气进入光导纤维时,折射角应小于入射角,故C正确,D错误.
6.(2025·广东广州期末)如图所示,a、b为两束不同频率的单色光,以相同的入射角射到某段玻璃纤维的上表面,入射点分别为A、B.经玻璃上表面折射后相交于P点,已知AP>BP,下列说法正确的是(　　)
[A] 在真空中,a光的传播速度大于b光的传播速度
[B] 玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率
[C] 在玻璃中,a光的传播速度大于b光的传播速度
[D] b光在该段玻璃纤维下表面发生全反射的临界角大于a光
【答案】 C
【解析】 a、b光在真空中的传播速度均为c,故A错误;a、b光的入射角相同,根据几何关系可知,a光的折射角大于b光的入射角,根据n=,则na7.光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输.如图所示,一条圆柱形的光导纤维,长为L,纤芯的折射率为n1,包层的折射率为n2,光在空气中的传播速度为c,若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t,下列说法正确的是(图中所示的φ为全反射的临界角,其中sin φ=) (　　)
[A] n1>n2,t=
[C] n1【答案】 B
【解析】 发生全反射的条件之一是光从光密介质射到光疏介质,故n1>n2,选项C、D错误.刚好发生全反射时,传播距离最大,传播时间最长,此时,传播距离为s==,传播速度为v=,故传播时间为t===,选项B正确.
知识点三　全反射棱镜的特点及应用
8.(2025·广东潮州联考)自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理.它虽然本身不发光,但在夜间骑行时,从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后,会有较强的光被反射回去,使汽车司机注意到前面有自行车.尾灯由透明介质制成,其外形如图所示,下列说法正确的是(　　)
[A] 汽车灯光从左面射过来,在尾灯的左表面发生全反射
[B] 汽车灯光从左面射过来,在尾灯的右表面发生全反射
[C] 汽车灯光从右面射过来,在尾灯的左表面发生全反射
[D] 汽车灯光从右面射过来,在尾灯的右表面发生全反射
【答案】 B
【解析】 汽车灯光应从左面射向自行车尾灯,光在尾灯内部右表面发生全反射,使自行车后面的汽车司机发现前面有自行车,避免事故的发生.选项B正确.
9.(2025·广东深圳联考)如图所示,半径为R的半圆形透明材料,折射率n=2.一束平行光从空气以垂直于其底面的方向射入,下列说法正确的是(　　)
[A] 所有光线都能透过这种材料
[B] 只有距圆心O两侧范围内的光才能通过
[C] 只有距圆心O两侧 范围内的光才能通过
[D] 射出的光束会形成发散光束
【答案】 B
【解析】 透明材料折射率n=2,所以光在这种材料中的临界角为sin ic=范围内的光线入射角小于临界角,光线能射出,且射出时发生折射会形成汇聚光束,范围外的光线入射角大于或等于临界角,发生全反射.故选B.
(选择题每题9分)
10.(2025·广东肇庆联考)为了表演“隐形的大头针”节目,某同学在半径为r的圆形薄软木片中心垂直插入一枚大头针,并将其放入盛有水的碗中,如图所示.已知水的折射率为,为了保证表演成功(在水面上看不到大头针),大头针末端离水面的最大距离h为(　　)
[A] r
【答案】 A
【解析】
只要从大头针末端发出的光线射到圆形薄软木片边缘界面处能够发生全反射,从水面上就看不到大头针,如图所示,根据图中几何关系有sin ic=r,故选A.
11.(11分)(2025·广东湛江期末)有一种用于电子显示屏的发光二极管,如图所示,其管芯的发光区域AB是直径为1.5R的圆面,O为圆心,发光二极管中半球体均匀介质的半径为R,P为O点正上方球面上的一点.若光从A点发射恰好在半球体介质发生一次全反射,最后从B点射出,已知光在真空中的传播速度为c,求:
(1)(5分)半球体介质的折射率n;
(2)(6分)光在半球体介质中传播的时间t.
【答案】 (1)
【解析】 (1)作出光在半球体介质中的光路图如图所示,
由图及几何关系可知
tan ic==0.75,
由全反射公式有sin ic=,
解得半球体介质的折射率n=.
(2)光在介质中的传播速度v=,
则光在半球体介质中传播的时间t=,
解得t=.
12.(12分)(2025·广东深圳月考)如图所示,一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的,光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中,测得入射角为α=30°,折射角为β=45°;光从P点射向外侧N点,刚好发生全反射并被Q接收.已知挡风玻璃的厚度为d,光在空气中的传播速度为c,求:
(1)(6分)该挡风玻璃的折射率;
(2)(6分)光从P点射向外侧N点并被Q接收所需的时间.
【答案】 (1)
【解析】 (1)光线在M点发生折射,由于光线从光密介质射入光疏介质折射,则由折射定律得
n=.
(2)光在N点恰好发生全反射,
则sin θ=,即θ=45°,
PN=NQ=d,
光在介质中的传播速度为v=,
光从P点射向外侧N点并被Q接收所需的时间
t=.(共33张PPT)
第三节　
光的全反射与光纤技术
1.知道光疏介质和光密介质,理解它们的相对性.2.知道光的全反射,会利用全反射解释有关现象.3.理解临界角的概念,能判断是否发生全反射并能画出相应的光路图.(重点) 4.了解全反射棱镜和光导纤维.　　
[学习目标]
知识点一　光的全反射现象
「情境导学」
我们在生活中常见以下现象:图甲所示荷叶上的小水珠看着晶莹透亮;图乙所示玻璃玩具里的小气泡看上去格外明亮.上述情境是什么现象
提示:光的全反射现象.
「知识整合」
1.光疏介质和光密介质
(1)光疏介质:折射率较 的介质.
(2)光密介质:折射率较 的介质.
(3)光疏介质与光密介质是 的.
注意:任何两种透明介质都可以通过比较同一种光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质.光疏介质、光密介质与介质密度是不同的,光疏介质与光密介质是从光学特性来说的,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质.
小
大
相对
2.全反射现象
(1)全反射:光从光密介质射入光疏介质时,折射角 入射角且随入射角增大而 .当入射角达到一定角度,折射角变成90°,继续增大入射角,折射光线消失,此时入射光线全部被反射回折射率较大的光密介质中,这种现象称为光的全反射.
(2)临界角:折射角 时的入射角,记作ic.
大于
增大
等于90°
3.全反射发生的条件
(1)光从 介质射入 介质.
(2)入射角 临界角.
注意:发生全反射时,光全部返回原介质,入射光与反射光遵循光的反射定
律,由于不存在折射光线,光的折射定律不再适用.
4.临界角
(1)折射角等于90°时的入射角.
(2)光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时,发生全反射的临界角为ic.
光密
光疏
等于或大于
正误辨析
(1)光密介质是指密度大的介质.(　 　)
(2)光由光疏介质射入光密介质后速度减小.(　 　)
(3)发生全反射时仍有折射光线,只是折射光线非常弱.(　 　)
(4)入射角大于临界角就会发生全反射现象.(　 　)
×
√
×
×
[例1] (对全反射的理解)(2025·广东清远联考)如图甲所示,为研究一半圆柱形透明新材料的光学性质,用激光由真空沿半圆柱的径向射入,入射光线与法线成θ角,由光学传感器CD可以探测反射光的强度.实验获得从AB面反射回来的反射光的强度随θ角变化的情况如图乙所示.光在真空中传播速度为c,则该激光在这种透明新材料中(　　)
B
[训练1] 某一单色光由空气射入截面为等腰梯形的玻璃砖,或由该玻璃砖射入空气,已知该玻璃砖对该单色光的折射率为1.5,则下列光路图正确的是
(　　 )
[A] 图甲、图丙 [B] 图甲、图丁
[C] 图乙、图丙 [D] 图乙、图丁
C
[训练2] 光在某种介质中传播的速度为1.5×108 m/s,光从此介质射向空气并发生全反射时的临界角是ic=　　　　.
30°
[例2] (对全反射现象的理解及实际应用)(2022·广东卷)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体,液体上方是空气,其截面如图所示.一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动,它所发出的光束始终指向圆心O点.当光束与竖直方向成45°角时,恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束.已知光在空气中的传播速度为c,求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v.
D
知识点二　光导纤维的工作原理及应用
「情境导学」
在暗室中,使一束极细的激光沿水平方向从小孔对面一侧射入水流中,如图所示,你观察到什么现象
提示:从实验中可以看出,当入射角大于某一角度时,激光沿着水柱传播,水柱以外几乎没有光.这是因为水柱中的光在水与空气界面发生全反射,激光全被反射回水中.
「知识整合」
1.构造:光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径一般只有1～100 μm,光导纤维简称光纤.由纤芯和包层组成.包层的折射率比纤芯的 ,光传播时在纤芯与包层的界面上发生 .
2.原理:光导纤维利用了光的 原理.
注意:光由一端进入,在两层的界面上经过多次全反射,从另一端射出.
小
全反射
全反射
3.光导纤维纤芯的折射率
设光导纤维的折射率为n,当入射角为θ1时,进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射,如图所示.
4.光纤通信的优点是容量 、衰减 、抗干扰性强等.
大
小
[例4] (光导纤维的构造及工作原理)(多选)(2025·广东广州期末)我国的光纤通信技术处于世界领先水平.光纤主要由纤芯(内层玻璃)和包层(外层玻璃)组成.若某种光纤的纤芯在空气中全反射的临界角为43°(取sin 43°=
0.68,cos 43°=0.73),则下列说法正确的有(　 　)
[A] 光纤包层的折射率要比纤芯的小
[B] 光纤包层的折射率要比纤芯的大
[C] 该光纤纤芯的折射率约为1.5
[D] 该光纤纤芯的折射率约为1.4
AC
【答案】(1)2.1×108 m/s　
[思路点拨] (1)已知光导纤维的折射率,可求激光在光导纤维中的速度.
(2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少
【答案】(2)2.7×10-8 s
[思路点拨] (2)由折射定律可知光在光导纤维中的折射角,可求出光线在光导纤维中的总路程,进一步可求出光在光导纤维中经历的时间.
知识点三　全反射棱镜的特点及应用
「知识整合」
1.全反射棱镜:横截面是等腰直角三角形的棱镜是全反射棱镜,它常用来代替平面镜改变光的传播方向.
2.光通过全反射棱镜时的几种方式
项目 方式一 方式二 方式三
光路图
入射面 AB AC AB
全反射面 AC AB、BC AC
光线方向 改变角度 90° 180° 0°
(发生侧移)
[思路点拨] (1)首先画出光路图,由光在AC界面上刚好发生全反射,可知临界角为45°,进一步可求出透明体的折射率.
[思路点拨] (2)由折射率可求出光在透明体内的速度,进一步可求出传播
时间.
(2)该光束在透明体内传播的时间.
【答案】(1)30°
(2)请通过计算说明光线在BC面是否发生全反射;
【答案】(2)见解析
(3)请画出图中两条入射光线到光屏的光路图及在光屏中所成的像,并说明所成像的特征.
【答案】(3)见解析
【解析】(3)光路图如图所示,由图可知,所成像倒立.
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