物理选择性必修 第一册第4节 光导纤维及其应用教学设计

这是一份物理选择性必修 第一册第4节 光导纤维及其应用教学设计，共4页。教案主要包含了光导纤维的工作原理，光纤通信等内容，欢迎下载使用。

(1)通过水流导光实验理解光导纤维的工作原理。
(2)了解光纤通信的优点，了解光纤的应用。
(3)结合光纤的发展和应用体会物理学的发展与社会发展的相互促进关系。
教学重难点
教学重点
光导纤维的工作原理
教学难点
光导纤维的工作原理
教学准备
多媒体课件、底端带有孔的饮料瓶、激光笔、水槽、水。
教学过程
新课引入
教师活动：展示智能手机、互联网的图片。
教师口述：不论你要到哪里，不论你在哪里，打开手机导航，总能给出从你当前位置到目标位置的规划路线。手机为什么有如此强大的功能呢？这就是因为互联网，而在互联网的信息传输中，光纤起到了举足轻重的作用。那么，光纤的工作原理是什么？这节课我们就来解决这个问题。
讲授新课
一、光导纤维的工作原理
教师活动：演示水流导光的实验。
(1)堵住这个小孔，向塑料瓶中注入清水；
(2)将塑料瓶的盖子拧紧；
(3)打开激光灯，让激光穿过塑料瓶然后从小塑料瓶下端的小孔处射出；
(4)将水槽放在可以承接塑料瓶下端的小孔流出的水的位置；
(5)打开塑料瓶的盖子，观察光的传播。
教师设问：请同学们描述一下刚才观察到的现象。
学生活动：小组内讨论老师所提问题，然后小组代表发言。
教师活动：理答。
虽然看到大部分时间里光沿着水柱传播，但这不与我们初中所学的内容相冲突。这是因为光在水柱中传播时，在水柱与空气的接触面上发生了全反射。仔细观察你会发现，光在水柱中也是沿直线传播的，只是在与空气的接触面上发生了全反射。为什么会出现这种现象呢？因为相比较而言水是光密介质，空气是光疏介质。光从水中射向空气中，如果入射角大到一定程度就会发生全反射。
教师活动：讲解光纤的工作原理。
光纤的内层是光密介质，外层是光疏介质。光入射内层介质，再射到内外层的界面时，如果入射角大于临界角就会发生全反射。这是光纤最基本的工作原理。
二、光纤通信
教师活动：展示实际使用中的光纤的剖面结构图。
按：展示实际光纤的剖面结构图，仅是让感兴趣的学生建立起物理理论与生活实际的联系。不用刻意讲光纤的结构。
学生活动：学生查询相关资料，小组内讨论光纤优点。
师生活动：教师选出小组代表发言，讲解光纤的优点。
教师活动：理答。
光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强。
教师口述：请同学们手机查询一下光纤在内窥镜中的应用。
学生活动：手机查询光纤在内窥镜中的应用。
师生活动：教师选一位学生到讲台讲解光纤在内窥镜中的应用，然后教师理答。
如果把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端。医学上用这种光纤制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。实际的内窥镜装有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明，另一组把体内的图像传出供医生观察。
典题剖析
例1 如图所示，一根长为l＝5.0 m的光导纤维用折射率n＝eq \r(2)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，经过一系列全反射后从右端射出，求：
(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。
解：(1)由得v=2.1×108 m/s。
(2)设激光在射入光纤的横截面时的折射角为β，由折射定律
解得折射角β=30°。由此可得，激光射向侧面的界面时的入射角为θ1=60°。
因为已知光在光纤中会发生全反向，故光在光纤中通过的路程为

故激光在光纤中经历的时间为

代入数据解得t=2.7×10-8 s。
课堂小结