2013年沪科版物理选修3-4精品课件 第4章4.7 激光.ppt

1、46 全反射与光导纤维47 激 光目标导航目标导航1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念(重点)2能判定是否发生全反射，并能分析解决有关问题(重点、难点)3了解全反射棱镜和光导纤维4认识激光和自然光的区别5了解激光的特点和应用新知初探自学导引一、光疏介质与光密介质折射率较小的介质称为_，折射率较大的介质称为_光疏介质与光密介质是_的光疏介质光密介质相对想一想光密介质的密度一定大吗？提示：不一定，光疏介质与光密介质是根据折射率确定的二、光的全反射现象1.概念：光由光密介质进入光疏介质时，当入射角增大到某一角度时，折射角达到_，或折射光光线_只剩下反射光线的现象2.发生条件：要发生全反射

2、，必须同时具备两个条件：(1)光从_介质射入_介质(2)入射角_临界角90完全消失光密光疏大于或等于3.临界角(1)定义：刚好发生全反射，即折射角等于90时的_，用字母_表示(2)临界角与折射率的关系光由介质射入空气(或真空)时，_入射角C4.全反射的应用(1)全反射棱镜：截面为_的棱镜，利用全反射_(2)光导纤维：由折射率_的内芯和折射率_的外套组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生_等腰直角三角形改变光路较大较小全反射三、激光1.激光的主要特性(1)激光是一种人工产生的相干光，它的_好，频率严格单一，且在同一方向上偏振(2)平行度好，也就是_好，传播得很远也不会发散得很开(3)亮度高，它可

3、以在_和_内聚集起大到难以想象的能量单色性方向性很小的空间很短的时间2.激光的应用应用它的_，精密测量，全息照相应用_，对激光进行调制，在光纤中传播信息应用_，精确的测距，计算机中的光储存技术应用_，工业上的切割和焊接；医学上的切割和“焊接”相干性好相干性好平行度好亮度高3.全息照相全息照相的原理是将一束激光通过分光镜分成两束，一束光经透镜扩束后照到物体上，经物体反射再照到感光底片上，这部分光叫做_另一束光直接照到感光底片上，这部分光叫做_物光和参考光在感光片上叠加形成干涉条纹，底片上记录了物光的全部信息和两束光的干涉条纹物光参考光要点探究讲练互动要点一对全反射现象的理解学案导引1.发生全反射

4、现象的条件是什么？如何理解临界角？2.光密介质与光疏介质有严格界线吗？1.对光密介质和光疏介质的认识(1)光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义，例如：水晶(n1.55)对玻璃(n1.5)是光密介质，而对金刚石来说(n2.427)，就是光疏介质，一种介质到底是光疏介质还是光密介质，是不确定的(2)光疏介质和光密介质是从介质的光学特性加以区分的，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.发生全反射的条件及规律(1)全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化角度加以理解，当光线从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐

5、渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射(2)发生全反射的条件光线从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角(3)全反射遵循的规律光由光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律，有关计算仍依据反射定律进行4.全反射现象的应用(1)光导纤维作用：传递声音、图像及各种数字信号原理：光的全反射构造特点：双层，外层材料的折射率比里层材料的折射率小优点：容量大、衰减小、抗干扰能力强实际应用：光纤通信、医用胃镜等(2)全反射棱镜横截面成等腰直角三角形的三棱镜在玻璃内部，光射向玻璃与空气界面时，入射角大于临界角，发生全反射与平面镜相比，它的反射率

6、高，几乎可达100%，由于反射面不涂敷任何反光物质，所以反射失真小选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90或180，如图甲、乙所示(2011高考海南卷)一赛艇停在平静的水面上，赛艇前端有一标记P离水面的高度为h10.6 m，尾部下端Q略高于水面；赛艇正前方离赛艇前端s10.8 m处有一浮标，如图所示，一潜水员在浮标前方s23.0 m处下潜到深度为h24.0 m时，看到标记刚好被浮标挡住，此处看不到船尾端Q；继续下潜h4.0 m，恰好能看见Q，求：例1(1)水的折射率n；(2)赛艇的长度l.(可用根式表示)【思路点拨】根据题目中“标记刚好被浮标挡住”及“恰能看到Q”画

7、出正确光路图，利用光的折射及全反射求解【精讲精析】根据题意画出如图所示的示意图变式训练学案导引激光的特性有哪些？有哪些应用和特性相对应？要点二对激光特性的进一步认识1.激光的特性(1)激光束中的所有光子都是相互关联的它们频率一致，相位一致(即振动步调一致)、偏振方向一致、传播方向一致(2)激光的单色性好、相干性好由于激光束中各光子的频率相同，因此激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的(3)激光的方向性强由于激光束中各光子的传播方向一致，因此激光的平行度非常好即使传播很远的距离，激光束的扩散程度也很小，光线仍能保持很大的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距现在利用激光测量地月距离精确度

8、已达到1 m也可以利用这一特点进行激光瞄准(4)激光的亮度非常高它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量如果把强大的激光束会聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温不能用激光直接照射眼睛，否则会伤害眼睛2.激光的应用举例与对应的特性(1)激光雷达：对准目标发出一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲和收到回波的时间间隔，结合发射的方向，就可探知目标的方位和距离，结合多普勒效应，还可以求出目标的运动速度(利用激光的平行度好)(2)读盘：激光的平行度很好，可以会聚到很小的一点，让会聚点照射VCD碟片、CD碟片、计算机的光盘上，就可读出光盘上记录的信息(利用激光的平行度好)(3)

9、医用激光刀：可以用于医疗的某些手术上，具有手术时间短、损伤小、不会引起细菌感染、止血快等优点(利用激光的亮度高)(4)切割金属等难熔物质：用激光可以产生几千万度的高温，最难熔的物质也可在瞬间汽化(利用激光的亮度高)(5)激光育种：用激光照射植物的种子，会使植物产生有益的变异，用于培育新品种(利用激光的亮度高)(6)引起核聚变：使核聚变能在控制前提下进行(利用激光亮度高)(7)激光可以作为武器使用：用以击毁侦察卫星，飞行的导弹、飞机等(利用激光的亮度高)(8)作为干涉、衍射的光源：干涉、衍射现象明显(利用其单色性好)下列说法正确的是()A激光可用于测距B激光能量十分集中，只可用于加工金属材料C外

10、科研制“激光刀”可以有效地减少细菌的感染D激光可用于全息照相，有独特的特点例2【思路点拨】了解激光的特性和有关应用是正确处理本题的关键【精讲精析】激光平行度好，即使在传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，A正确；激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工，激光医疗，激光美容，激光武器等，B错误；激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相位信息，所以看起来跟真的一样，立体感较强，D正确；由于激光亮度高、能量大，在动手术的同时，也能杀灭细菌，所以C正确【答案】ACD【规律方法】激光的主要特点有三个：平行性好；相干性好(单色性好)；亮度高解题时要从题目提供的信

11、息识别与激光的哪个特点对应，然后再进行判断变式训练2.纳米科技是跨世纪新科技，将激光束的宽度聚集在纳米级范围内可恢复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人类无奈的癌症彻底根除，这主要是利用了激光的()A单色性B方向性C高能量D偏振性解析：选BC.因为激光有非常好的方向性和非常高的能量，可以用于医疗卫生热点示例创新拓展全反射在光导纤维的应用经典案例(8分)由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大？【审题指导】要保证不会有光线从侧面跑出来，其含义是不管入射角多大都能在测壁发生全反射令入射角等于90，再由折射定律和全反射临界角公式、几何关系就可以求出材料的折射率【解题样板】设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为，折射光线射向侧面时的入射角为，如图所示