第4章第3节　光的全反射第4节　光导纤维及其应用—2020-2021学年同步新教材鲁科版（2019）高中物理选择性必修第一册讲义

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第3节　光的全反射

第4节　光导纤维及其应用

学习目标：1.[物理观念、科学思维]理解全反射现象和临界角的概念，知道

光疏介质、光密介质和发生全反射的条件．　2.[物理观念]能够解释全反射现象，

了解全反射棱镜．　3.[科学态度与责任]掌握光导纤维的工作原理及其重要应用．

一、全反射及其产生条件

1．全反射

光从玻璃射入到空气中时，折射角大于入射角，当入射角增大到一定程度

时，折射光线完全消失，全部光都被反射回玻璃内，这种现象称为全反射现象．

2．临界角

刚好发生全反射(即折射角等于 90°)时的入射角．用字母 C表示．临界角和

折射率的关系是 sin C ＝ .

3．光疏介质和光密介质

两种介质比较，折射率较小的介质叫作光疏介质，折射率较大的介质叫作

光密介质．

4．全反射的条件

(1)光从光密介质射入光疏介质．

(2)入射角大于等于临界角．

二、全反射现象

1．解释全反射现象

(1)水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是由于光射到气泡上发生了全反射．

(2)在沙漠里，接近地面的热空气的折射率比上层空气的折射率小，从远处

物体射向地面的光线的入射角大于临界角时，发生全反射，人们就会看到远处

物体的倒影．

2．全反射棱镜

(1)形状：截面为等腰直角三角形的棱镜．

(2)光学特性：

① 当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上发生全反射，

光射出棱镜时，传播方向改变了 90°.

② 当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在直角边上各发生一次全反射，使

光的传播方向改变了 180°.

三、光导纤维及其应用

1．构造

把石英玻璃拉成直径几微米到几十微米的细丝，再包上折射率比它小的材

料，就制成了光导纤维，简称光纤．

2．原理

利用了全反射．

3．光纤通信

光纤通信中，先将传送的信息转换为光信号，通过光纤将光信号传输到接

收端，接收端再将光信号还原为原信息．光纤网是信息社会的重要基石，“光

纤到户”是信息社会的重要标志．

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)光从空气射入水中时可能发生全反射现象． (×)

(2)光密介质，是指介质的折射率大，密度不一定大． (√)

(3)鱼缸中上升的气泡亮晶晶的，是由于光射到气泡上发生了全反射．

(√)

(4)光纤一般由折射率小的玻璃内芯和折射率大的外层透明介质组成．

(×)

2．已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为 1.33、1.55、1.60 和

1.63，如果光按以下几种方式传播，可能发生全反射的是(　　)

A．从水晶射入玻璃

B．从水射入二硫化碳

C．从玻璃射入水中

D．从水射入水晶

C　[发生全反射的条件之一是光从光密介质射入光疏介质，光密介质折射

率较大，故只有 C正确．]

3．华裔科学家高锟获得 2009 年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之

父”．光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内

芯和外套材料不同，光在内芯中传播．下列关于光导纤维的说法中正确的是(

)

A．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．波长越短的光在光纤中传播的速度越大

D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大

A　[光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射，A对、

B错；频率大的光波长短，折射率大，在光纤中传播速度小，C、D错．]

全反射

光照到两种介质界面处，发生了如图所示的现象．

(1)上面的介质与下面的介质哪个折射率大？

(2)全反射发生的条件是什么？

提示：(1)下面的介质折射率大．

(2)一是光由光密介质射入光疏介质；二是入射角大于等于临界角．

1．对光疏介质和光密介质的理解

(1)光疏介质和光密介质的比较：

光的传播速度折射率

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