高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第4节 光导纤维及其应用说课课件ppt

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第4节 光导纤维及其应用说课课件ppt，共51页。PPT课件主要包含了模拟光纤实验，光纤通信等内容，欢迎下载使用。

1.光导纤维的工作原理
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。为了说明它的工作原理，我们先来做一个小实验。
如图4-32所示，在暗室里放置一个容器，并在其侧面靠下的位置开一个小孔。
在容器中装入水，水从容器的小孔自由流出。使一束细光末沿水平方向从小孔对面一侧射入水中，你会发现什么现象?
由实验可见，有部分光会顺着这股水流弯曲传播，这是光的全反射所致。如果在实验中用的不是水流，而是上面提到的光纤，我们同样会看到，光一直在光纤中传播，直到从光纤另一端射入空气。
光纤一般由折射率较高的玻璃内芯和折射率较低的外层透明介质组成。光在光纤内传播时，由光密介质(n1)入射到光疏介质(n2)，若入射角i≥C，光会在光纤内不断发生全反射。
光会在光纤中从一端传到另一端，不会在中途漏射出来(图4-33)。
实际上，光纤材料的折射率是多层渐变的，通常把若干根光纤集成一束，制成光缆(图 4-34)。
光纤通信是光纤的一个重要应用。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(图4-35)。
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。利用光缆构成的电视网，能同时传送上千套电视节目的信号，使人们可选择收看各种各样的电视节目。
许多光纤通信设备已在舰艇、飞机上安装使用;将光缆引入家庭，可将电视、电话、计算机和传真机结合在一起，发挥更大的作用。光缆大大增加了声音、图像和数据量的传输，其通信容量远大于电缆(图4-36)。
能理解光的折射定律的内涵，了解光的全反射现象等;能解释身边的光的折射与全反射现象，能说明光纤技术在生产生活中的应用。
具有与光的折射和全反射相关的运动与相互作用观念和能量观念通过光纤技术的应用，能体会物理技术应用对人类生活与社会发展的影响;有学习物理、服务社会的志趣;能为科学家在光纤方面的伟大成果而感到自豪。--物理观念，科学态度与责任
光纤的其他应用光纤在形状弯曲的情况下也能传递图像，这使一些光学系统结构简化。光纤作为一种性能优良的光学元件，不但在光纤通信和图像信息处理领域发挥着重要的作用，而且在光学仪器和电子器件制造方面得到了广泛的应用。
图 4-37 是医用光纤内窥镜，它包括成像、传像和观察记录几个部分。
一种高强度的光通过光纤束的传光束送到内窥镜探头，并通过导光孔照亮被观测物体。被观测物体的像由观察窗入射，经物镜成像，由光纤束送到目镜和照相机。
光纤在医学上的成功应用，使激光能随各种体腔镜进入人体体腔内部，施行直视手术。随着科学技术的不断发展，光纤的应用将越来越广泛，它必将对人们的生产生活方式产生深远影响。
1.与其他电信号传输系统相比，光纤具有哪些优势?请举例说明。
2.如图所示，光纤由折射率不同的内芯和包层构成，光以入射角i从光纤的端面入射，并能在内芯中传播。内芯的折射率与包层的折射率哪个更大?入射角可以是任意值吗?为什么?
3.“水流导光”实验装置如图所示。
长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出，形成弯曲不散开的水流，用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察到激光束没有完全被限制在水流内传播。
下列操作中，能使激光束完全被限制在水流内传播的是A.增大激光的强度B.向瓶内加适量清水C.改用频率更低的激光D.改用折射率更小的液体
5.如图所示，一根长为l的直光纤，它的折射率为n。光从它的一个端面射入，从另一端面射出，所需的最长时间为多久?(真空中的光速为c)
1.在刚下过雨的黄昏，你朝哪个方向可看得到彩虹?请解释原因。
2.某科技馆内有一个半径为R的半园柱形透明体，其俯视图如图所示。
为估测该透明体材料的折射率，某同学进行了如下实验:用激光笔从右侧沿垂直于直径AB方向朝透明体射入保持入射方向不变，入射点由圆心0处缓慢向处移动，观察到从圆孤面上射出的光逐渐减弱。
当入射点到达C处时恰好看不到光从圆弧面上D处射出，测得OC=0.6R.由此:可求出透明体材料的折射率为
3.人造树脂是眼镜镜片常用的材料。如图所示，一束光照射在人造树脂立方体上，经折射后，射在桌面上的点P。已知光的入射角为30°，OA=5cm，AB=20cm，BP=12cm，求该人造树脂材料的折射率 n。
如图所示，为使从车灯射出的入射光经玻璃珠折射，反射、再折射后恰好与入射光平行，第一次入射的入射角应是多少?
5.如图所示，某单色光以 45°角入射到等腰三棱镜的一个侧面AB 上，测得其折射角是30°。已知光速为c，求(1)此单色光在该三棱镜中的速度;(2)当此折射光在三棱镜内的另一侧面AC 上刚好发生全反射时，三棱镜的顶角A的大小。
8.电视机遥控器中有一个发光二极管，它发出红外光来控制电视机的各种功能。已知这种发光二极管的发光面AB是直径为2mm 的圆盘，封装在折射率n=2.5的半球形介质中，其圆心位于半球的球心点O，如图所示。
为确保发光面发出的红外光第一次到达半球面时都不发生全反射，半球形介质的半径R至少应为多大?
9.在“测量玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图(a)所示。(1)请在坐标纸中画出完整的光路图。
(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃的折射率n=___________。(结果保留3 位有效数字)
(3)为了观测光在玻璃不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图(b)所示。图中P和P,是同一入射光上的2枚大头针，其对应出射光上的2枚大头针是P3和_____ (选填“A”或“B”)。
10.如图所示，有人设计的光滚面传感器有一个试管模样的玻璃管，中央括一决两面反光的玻璃板，入射光在玻璃管内壁与玻璃板之间来回发生反射，
进入玻璃管底部，然后在另一侧反射而出(与光纤原理相同)。当透明液体的折射率大于管壁玻璃的折射率时，便可通过监测出射光的强弱来判定玻璃管被液体包围的情况，从而了解滚面的高度。请分析其工作原理。
11.光纤在生产生活中的应用非常广泛。请通过网络、图书馆等收集资料，写一篇科技小论文，论述光纤在某一方面的应用。
12.平衡位置位于原点0的波源发出一列简谐横波，波在均匀介质中沿x轴水平传播，P、Q为x轴上的两个点(均位于x轴正方向),P与O的距离为35cm，此距离介于1倍波长与2 倍波长之间。
已知波源自t=0时由平衡位置开始向上振动，周期T=1s，振幅A=5cm当波传到点P时，波源恰好处于波峰位置。此后再经过5s，平衡位置在O处的质点第一次处于波峰位置。求:(1)P、Q之间的距离;
(2)从t=0开始，到平衡位置在口处的质点第一次处于波峰位置时，波源在振动过程中通过的路程。