光的全反射
如图1所示,一束激光从某种玻璃中射向空气(如图所示),保持入射点不动,改变入射角(每次增加0.2°),当入射角增大到41.8°时,折射光线消失,只存在入射光线与反射光线,这种现象叫做光的全反射,发生这种现象时的入射角叫做这种物质的临界角。当入射角大于或等于临界角时,只发生反射,不发生折射。
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海面上出现的海市蜃楼奇景如图2所示,就是因为光的在空气层中多次折射和全反射而形成的自然景观.在夏季,白昼海水温度比较低,所以在海面上方的空气出现下冷上暖的现象.由于空气的热胀冷缩,因此空气层下密上疏.景物的光线先由密的空气层逐渐折射进入稀的空气层,并在上层发生了全反射,光线又折回到下层密的气层中来,经过这样弯曲的线路,最后投入人的眼中.由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的,因此看到的“景物”比实物抬高了许多.
人们利用光的全反射的现象制成了光缆,用于通信等方面.光在均匀透明的玻璃棒中传播,即可在弯曲的玻璃棒的光滑内壁上,借助于接连不断地全反射,可以将光从一端传导到另一端,即使棒的截面直径很小,甚至到微米数量级,传导的效果也不变,这种导光的细玻璃丝称为光导纤维如图3所示.
光导纤维束已成为一种新的光学基本元件,在光通信、光学窥视及光学特殊照明等方面有重要的应用.荣获诺贝尔物理学奖的华裔科学家高锟在此方面贡献突出,被世界誉为“光纤通讯之父”.
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)光导纤维是利用
(2)海市蜃楼情景中,人眼看到的空中的“景物”是
(3)当光从空气射向玻璃,
(4)一个三棱镜由上述玻璃构成,让一束光垂直于玻璃三棱镜的一个面射入(如图所示),请在图中完成这束入射光穿过三棱镜的光路图。
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光纤的奥秘
光纤电缆是本世纪最重要的发明之一。发明光纤电缆的,就是被誉为“光纤之父”的华人科学家、诺贝尔奖获得者——高锟。光纤电缆利用玻璃清澈、透明的性质,使用光来传送信号。光可以从弯曲的玻璃光纤的一端传到另一端,而不会“溜”出玻璃光纤,这是为什么呢?
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原来,光从玻璃射入空气时,折射角
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所以,一般弯曲的光学纤维(简称光纤),只要它的玻璃芯的透明度高、均匀,并且芯与外皮层之间的分界面光滑,就是一根好的光导管。一根头发般细小的光纤,其传输的信息量相等于一条饭桌般粗大的铜“线”,为目前的信息高速公路奠定了基础,数以万计的光学纤维构成的光学纤维束(如图),它不仅能传导光能,也能将图象从一端传到另一端。传光能的纤维束称传光束,同时能传图象的纤维束称传像束。
(1)完成上文中的空格;
(2)光从空气进入玻璃时
(3)光从玻璃进入空气时入射角必须
A.大于42° B.小于42° C.大于45° D.小于45°
(4)下列关于传光束与传像束的说法正确的是
A.传光束中的光学纤维在两端端面上的位置必须严格对应,传像束中的光学纤维在两端端面上的位置不需严格对应
B.传光束中的光学纤维在两端端面上的位置不需严格对应,传像束中的光学纤维在两端端面上的位置必须严格对应
C.传光束与传像束中的光学纤维在两端端面上的位置都必须严格对应
D.传光束与传像束中的光学纤维在两端端面上的位置都不需严格对应
光的全反射
如图1所示,当光线从玻璃斜射入空气里的时候,一部分光会进入空气里发生折射,此时折射角
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人们利用光的全反射的现象制成了光缆,用于通信等方面。光在均匀透明的玻璃棒中传播,即可在弯曲的玻璃棒的光滑内壁上,借助于接连不断地全反射,可以将光从一端传导到另一端,即使棒的截面直径很小,甚至到微米数量级,传导的效果也不变,这种导光的细玻璃丝称为光导纤维如图2所示。
光导纤维束已成为一种新的光学基本元件,在光通信、光学窥视及光学特殊照明等方面有重要的应用。获诺贝尔物理学奖的华裔科学家高锟在此方面贡献突出,被世界誉为“光纤通讯之父”。根据上述材料,回答下列问题:
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(1)当光线从玻璃斜射入空气里的时候,一部分光会进入空气里发生折射,此时折射角
(2)光发生全反射时,入射角
(3)当光从空气射向玻璃,
(4)请你写出光纤的一些具体的应用
全反射
如图甲所示,当光线从一种介质1(如水)射向另一种介质2(如空气)时,一部分光进入介质2,称为折射光,另一部分光反射回介质1,称为反射光。如图乙所示,当入射角增大时,折射角也增大,但折射角先增大到90度,此时折射光消失,只剩下反射光,这种现象称为全反射现象,刚好发生全反射时的入射角叫做临界角。
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相对于空气而言,水是光密介质,空气是光疏介质;水相对于玻璃而言,水就是光疏介质。只有当光由光密介质斜射入光疏介质且入射角大于或等于临界角时,才会发生全反射现象。
光纤通信就是利用光的全反射原理,如图丙所示,光导纤维在结构上有内芯和外套两种不同介质,光从内芯传播时遇到光纤弯曲处,会发生全反射现象,而保证光线不会泄漏到光纤外。
(1)由全反射的条件可知,当光从空气斜射到水中时
(2)若光由水进入空气的临界角是48.5°,则入射光以60°的入射角从中水射向空气时
(3)光导纤维的外套相对于内芯介质来说是
冬奥会国家速滑馆“冰丝带”
有“冰丝带”之称的北京 2022 冬奥会国家速滑馆,拥有亚洲最大的全冰面设计,面积达1.2 万平方米,平时可接待超过 2000 名市民同时开展冰球、速度滑冰、花样滑冰、冰壶等冰上运动。速滑馆采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术,用液态二氧化碳作为制冷剂提供冷源, 结合直冷式制冰方式组合而成,其 ODP(破坏臭氧层潜能值)为 0,并且无异味、不可燃、不助燃,是可持续性最好的冷媒之一。
国家速滑馆还配有一套场馆智能化能源管理系统,能够把制冰产生的废热用于除湿、冰面维护、场馆生活热水等,全冰面模式下每年仅制冷部分就能节省约 2×106 度电。
此外,还有低辐射顶棚。光洁平整的冰面会产生特有的镜像反射。为降低屋顶对冰面的热辐射以节省制冰能源,反射吊顶提供了另外一个镜像表面。因此,室内空间的表现不依靠结构的几何性,而是以控制能源的镜像吊顶作为冰场的特色,来发展大空间的表现力,这是最适合于冰上场馆的设计概念。由此,比赛大厅的内部空间充满有趣的镜像,呈现前所未有的非物质性效果。这样一个大厅,在 2022 年冬奥会比赛时,透过无数电视屏幕,令世人惊叹。
(1)液态二氧化碳经历了
(2)以控制能源的镜像吊顶作为冰场的特色,来发展大空间的表现力,“镜像”的原理是
教室护眼灯
教室护眼灯的外观图如图甲所示,它工作时光线柔和,基本无可视频闪,也就是在相同时间内闪烁的次数比较多,人眼几乎感觉不到,且不会产生刺眼的眩光,能有效预防近视的发生。常见的眩光类型有直接眩光、反射眩光和光幕眩光,直接眩光由灯具产生,反射眩光和光幕眩光主要由高反射物体表面产生。教室护眼灯工作时也会产生热量,研究表明护眼灯灯珠的电阻随温度的升高而减小,图丙是温度为
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(1)护眼灯与白炽灯在发光时相比不会产生眩光,白炽灯产生的眩光属于
(2)导光板材料主要利用了下列哪种物理属性
A.导电性 B.导热性 C.磁性 D.透明度
(3)当光由两侧的导光板向中央传播时,在非导光点处,发生
(4)当护眼灯灯珠的温度由
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(5)图丁是四种不同电源输出的电压或电流随时间变化的关系图像,其中最符合护眼灯灯珠工作特性要求的供电方案是
激光是20世纪的重大发明,被称为“最快的刀”“最准的尺”和“最奇异的光”,激光具有超强的能量密度,可以在直径几百纳米的范围内产生几百万度的高温。工业上,激光刀可切割坚硬和柔软的材料,对切割部位进行局部照射几秒钟便能切割好。激光刀还是外科医生的好帮手,用它做手术没有丝毫机械撞击,而且又快又精准,大大减轻了病人的痛苦,应用于血管瘤、脑部手术等。激光单色性好、方向性强、测距精度高,使得测量人造卫星、月球等目标的距离变成现实。宇航员在月球上安放激光反射器,激光器从地球向月球发射一个激光脉冲信号,月球上的反射器能够将激光脉冲原路返回,激光脉冲从发出到接收时间间隔为2.56s。激光也被作为电影素材,在科幻电影《星球大战》中天行者使用的激光剑能释放出一道长约1m的纯能量束,战斗时悄无声息。
(1)激光刀在切割坚硬或柔软的材料时,材料所发生的物态变化可能是
(2)如果《星球大战》中的激光剑刺向你,你可以利用
(3)光在真空中的传播速度是3×108m/s,则月球与地球之间的距离为多少米
光的全反射
一束激光从玻璃中射向空气(如图甲所示),保持入射点不动,改变入射角(每次增加0.2°),当入射角增大到41.8°时,折射光线消失,只存在入射光线与反射光线,这种现象叫做光的全反射,发生这种现象时的入射角叫做这种物质的临界角。当入射角大于临界角时,只发生反射,不发生折射。
(1)玻璃的临界角是
(2)图甲中,当光线从玻璃射斜射入空气中时,反射角
(3)当光线从空气斜射入玻璃中时,
(4)一个三棱镜由上述玻璃构成,让一束光垂直于玻璃三棱镜的一个面射入,如图乙所示,请在图乙中完成这束入射光的光路图。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/2/25/2923869278208000/2948611332579328/STEM/448f95d7-a4a3-467f-a410-1ecafabbf4a9.png?resizew=303)
彩 虹
彩虹是大气中一种光学现象.当太阳光照射到半空中的水珠时,光线被折射和反射,在天空形成弧形彩带.
半空中的水珠是圆形的,当光线照射到圆形水珠上某点时,连接该点和水珠球心O的直线(图中未画出),就是该入射点的法线.
如图甲所示,光线从点C进入水珠,经点D反射,再从点E射出.AB是通过水珠球心O且与入射太阳光平行的直线,用x表示进入水珠的光线距AB的距离.
牛顿发现,太阳光通过三棱镜后被分解成七种单色光.当太阳光进入水珠时,也会产生类似效果,从同一点进入水珠的不同色光在水珠中沿不同路径传播,形成七色彩虹.
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(1)在图甲中,连接OD,则
A.
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C.
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(2)在图甲中,太阳光是在
(3)在图乙中,光线从点C进入水珠,画出折射角,并用γ表示.
(4)在图甲中,光线从空气进入水珠的折射角随x增大而
A.减小 B.增大 C.先增大后减小 D.先减小后增大
(5)如图丙所示,图中画出了从点C射入水珠光线GC的传播情况.在讨论从E点射入水珠的光线FE(FE平行于AB)传播途径时,小明认为此光线将沿原光路(即EDCG路径)返回.你是否同意他的观点,说明你的理由.
答:
理由:
光纤
光纤是光导纤维的简写,是一种由玻璃或塑料制成的纤维,可作为光传导工具.如图所示,光可以从弯曲的光纤的一端传到另一端,而不会“溜”出光纤.光在玻璃纤维中每次由光纤内层的玻璃芯射向外层的分界面时,只会发生反射,而没有折射.这是因为光从玻璃斜射入空气中时,折射角大于入射角.当入射角增加到某一角度时,折射角先达到90°,此时的入射角叫临界角,入射角再增大时,折射光消失,只剩下反射光,这种现象叫光的全反射.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/10/4/fabbf90c-cd45-46e7-a739-0b536f279332.png?resizew=144)
(1)光在光纤中传播时路线是
(2)折射光线消失后,反射光线的亮度比原来
(3)光从玻璃进入空气,如果临界角为46‘,以下列角度入射的光线中,能发生全反射的是
A.30° B.42° C.45° D.50°
(4)当光从空气射向玻璃,
【推荐1】请阅读《海市蜃楼》并回答。
海市蜃楼
海市蜃楼是一种自然奇观,如图所示。《梦溪笔谈》记载“登州海中,时有云气,如宫室、台观、城堞、人物、车叫慢冠盖,历历可见,谓之海。唐诗有云:“忽闻海上有仙山,山在虚无缥缈间”。《史记封禅书》、《观海市诗》等很多古籍也有类似记载。
海市蜃楼,古人归因于蛟龙之属的蜃,吐气而成楼台城廓,因而得名,又称蜃景。海市蜃楼是一种因远处物体被折射而形成的幻象,其产生原因是太阳使地面温度上升后形成的一种气温梯度。由于密度不同,光线会在气温梯度分界处产生折射现象。我们的大脑认为光线总是沿直线传播,但是当光线通过下方温度低、密度大的大气时,就会向下折射,所以大脑中显现的远处物体就会比实际高。
海市蜃楼最易形成在平静的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方。我国山东蓬莱海面上出现的次数最多,广东的惠来也是中国海市蜃楼出现最频繁的地域。蜃景有两个特点:一是在同一地点重复出现;二是出现的时间一致。如我国蓬莱的蜃景大多出现于每年5、6月份。当地渔民总结为观察气候经验,有“景远候风,景近候雨”之说。有史以来延续时间最长的一次海市蜃楼1957年3月19日从下午一时至六时四十五分才消逝。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)海市蜃楼在 等地方最易形成(至少举出两个)。
(2)炎热的夏季,太阳光炙烤着路面,汽车在公路上行驶。前方不远处浮现出一滩“水”,随着汽车向前行驶发现并没有水。请解释这个现象的形成原因。
光的全反射
如图甲所示,当光线从玻璃斜射入空气里的时候,一部分光会进入空气里发生折射,此时折射角β大于入射角α。若入射角增大时,折射角也随之增大,当入射角增大到某值时(小于90°),折射角会增大到90°。若继续增大入射角,此时空气中没有折射光射出,光线全部反射回玻璃,这种全反射。
海面上出现的海市蜃楼奇景如图乙所示,就是因为光的在空气层中多次折射和全反射而形成的自然景观。在夏季,白昼海水温度比较低,所以在海面上方的空气出现下冷上暖的现象。由于空气的热胀冷缩,因此空气层下密上疏。景物的光线先由密的空气层逐渐折射进入稀的空气层,并在上层发生了全反射,光线又折回到下层密的气层中来,经过这样弯曲的线路,最后投入人的眼中。由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的,因此看到的“景物”比实物抬高了许多。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/1/16/2895654747684864/2911475389440000/STEM/91228a17-2687-48de-ac53-c539914b5196.png?resizew=271)
某次探究光的全反射实验中,光从玻璃射向空气时的一些数据如表,请根据上述材料,回答下列问题:
入射角i | 0° | 10° | 20° | 30° | 40° | 41.2° | 41.8° | 42° |
折射角γ | 0° | 15.2° | 30.9° | 48.6° | 74.6° | 81° | 90° | / |
(2)分析以上数据可知光从玻璃射向空气在发生全反射之前,折射角随入射角的变化关系是:
(3)由表格数据可知:图中图线
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/1/16/2895654747684864/2911475389440000/STEM/40c90054-fcda-44c2-9e93-1e4bdb4b5deb.png?resizew=193)
(4)光发生全反射时,入射角
(5)当光从空气斜射向玻璃时
光的全反射
如图所示,当光线从玻璃斜射入空气里的时候,一部分光会进入空气里发生折射,此时折射角β大于入射角α.若入射角增大时,折射角也随之增大,当入射角增大到某值时(小于90°),折射角会增大到90°.若继续增大入射角,此时空气中没有折射光射出,光线全部反射回玻璃,这种现象叫做光的全反射.折射角等于90°时的入射角称为临界角.当光从水或玻璃射入空气时,只要入射角大于临界角,光就会发生全反射.
海面上出现的海市蜃楼奇景如图所示,就是因为光的在空气层中多次折射和全反射而形成的自然景观.在夏季,白昼海水温度比较低,所以在海面上方的空气出现下冷上暖的现象.由于空气的热胀冷缩,因此空气层下密上疏.景物的光线先由密的空气层逐渐折射进入稀的空气层,并在上层发生了全反射,光线又折回到下层密的气层中来,经过这样弯曲的线路,最后投入人的眼中.由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的,因此看到的“景物”比实物抬高了许多.
人们利用光的全反射的现象制成了光缆,用于通信等方面.光在均匀透明的玻璃棒中传播,即可在弯曲的玻璃棒的光滑内壁上,借助于接连不断地全反射,可以将光从一端传导到另一端,即使棒的截面直径很小,甚至到微米数量级,传导的效果也不变,这种导光的细玻璃丝称为光导纤维如图所示.
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光导纤维束已成为一种新的光学基本元件,在光通信、光学窥视及光学特殊照明等方面有重要的应用.荣获诺贝尔物理学奖的华裔科学家高锟在此方面贡献突出,被世界誉为“光纤通讯之父”.
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)光发生全反射时,入射角
(2)海市蜃楼情景中,人眼看到的空中的“景物”是
(3)请你写出光纤的一些具体的应用