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光导纤维及其应用三维教学目标1、知识与技能(1)知道什么是光疏介质和光密介质,理解光的全反射现象,掌握发生全反射的条件(2)理解临界角的物理意义,会根据公式确定光从介质射入真空(空气)时的临界角2、过程与方法:通过观察演示实验,使学生了解到光在两种介质界面上发生的现象(反射和折射),观察反射光线、折射光线随入射角的变化而变化,培养学生的观察、概括能力,通过相关物理量变化规律的学习,培养学生分析、推理能力。3、情感、态度与价值观:(1)通过这部分知识的学习,使学生对自然界中许多美好的现象进行充分的认识,学会用科 学知识来解释自然现象(2)了解我国光纤技术的进展以及光导纤维 在现代科技中的应用,培养爱国主义热情和科学态度教学重点:会根据公式确定光从介质射入真空(空气)时的临界角教学难点:理解临界角的物理意义教学方法:引导、探究教学用具:光的折射演示器,半圆柱透明玻璃、直尺、 1、全反射现象光传播到两种介质的界面上时,通常要同时发生反射和折射现象,若满足了某种条件,光线不再发生折射现象,而全部返回到原介质中传播的现象叫全反射现象。那么满足什么条件就可以产生全反射现象呢?2、发生全反射现象的条件(1)光密介质和光疏介质对于两种介质来说,光在其中传播速度较小的介质,即绝对折射率较大的介质,叫光密介质,而光在其中传播 速度较大的介质,即绝对折射率 较小的介质叫光疏介质,光疏介质和光密介质是相 对的例如:水、空气和玻璃三种物质相比较,水对空气来说是光密介质,而水对玻璃来说是光疏介质,根据折射定律可知,光线由光疏介质射入光密介质时(例如由空气射入水),折射角小于入射角;光线由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气),折射角大于入射角。既然光线由光 密介质射入光疏介质时,折射角大于 入射角,由此可以预料,当入射角增大到一定 程度时,折射 角就会增大到90,如果入射角再增大,会出现什么情况呢?演示2:将半圆柱透镜的半圆一侧靠近激光光源一侧,使直平面垂直光源与半圆柱透镜中心的连线,点燃烟雾发生器中的烟雾源置于激光演示仪中,将接线板接通电源,打开激光器的开关。一束激光垂直于半圆柱透镜的直平面入射,让学生观察。我们研究光从半圆柱透镜射出的光线的偏折情况,此时入射角0,折射角亦为零度,即沿直线透出,当入射角增大一些时,此时,会有微弱的反射光线和较强的折射光线,同时可观察出反射角等于入射角 ,折射角大于入射角,随着入射角的逐渐增大,反射光线就越来越强,而折射光线越来越弱 ,当入射角增大到某一角度,使折射角达到90时,折射光线完全消失,只剩下反射光 线这种现象叫做全反射。( 2)临界角C折射角等于90时的入射角叫做临界角,用符号C表示光从折射率为n的某种介质射到空气(或真空)时的临界角C就是折射角等于 90时的入射角,根据折射定律可得:(3)发生全反射的条件:光从光密介质进入光疏介质;入射角等于或大于临界角。3、对全反射现象的解释(1)引入新课的演示实验1被蜡烛熏黑的光亮铁球外表面附着一层未燃烧完全的碳蜡混和物,对水来说是不浸润的,当该球从空气进入水中时,在其外表面上会形成一层很薄的空气膜 ,当有光线透过水照射到水和空气界面上时,会发生全反射现象,而正对小球看过去会出现一些较暗的区域,这是入射角小于临界角的区域,明白了这 个道理再来看这 个实验,学生会有另一番感受。(2)让学生观察自行车尾灯用灯光来照射尾灯时,尾灯很亮,也是利用全反射现象制成的仪器。在讲完全反射棱镜再来体会它的原理就更清楚了。可先让学生观察自行车尾灯内部的结构,回想在夜间看到的现象。引导学生注意生活中的物理现象,用科学知识来解释它,从而更好的利用它们为人类服务。(3)用激光演示仪的激光光源演示光导纤维传播光的现象,或用弯曲的细玻璃棒进行演示,配合作图来解释现象:从细玻璃棒一端射进棒内的光线,在棒的内壁多次 发生全反射,沿着锯齿形路线由棒的另一端传了出来,玻璃棒就像 一个能传光的管子一样。实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝,直径只有几m到100m左右,而且是由内心和外套两层组成的,光线在内心外套的界面上发生全反射,如果把光导纤维聚集成束,使其两端纤维排列的相对位置相同,这样的纤维就可以传 递图像。(4)让学生阅读大气中的光现象蒙气差、海市蜃楼、沙漠里的蜃景。小结:(1)全反射现象是非常重要的光学现象之一,产生全反射现象的条件是:光从光密介质射到它与光疏介质的界面上,入射角等于或大于临界角这两个条件都是必要条件,两个条件都满足就组成了发生全反射的充要条件。(2)全反射的应用在实际生活中是非常多的在用全反射的知识解释时,特别要注意是否满足两个条件。回答这类问题要注意逻辑推理,一般是依据条件要叙述清楚, 根据要给充分,结论要简明。(3)为了给后面全反 射棱镜的学习打基础临 界角是几何光学中一个非常重要的概念,但在高中阶段 不深 入讨论临界的情。(三)光导纤维演示:光线在“模拟光纤”中的全反射。观察:a、玻璃棒周围有没有光线射出;b、从玻璃棒末端射出的光强度和没有插玻璃棒时,光线从小孔射出时的强度。我们都知道玻璃本来是非常坚硬的,但 是有一种特制的玻璃丝,却可以做的非常柔软、非常细。现在,我们将这样的多根玻璃纤维捆绑成一束,然后,将首端的光照情况遵循某种规律,如图 3,则在纤维束的末端,会出现什么情况?1定义:光导纤维是一种利用光的全反射原理制成的能传导光的玻璃丝,由内芯和外套组成,直径只有几微米到 100 微米左右,内芯的折射率大于外套的折射率。应用领域:医疗,通信
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