第4节 光导纤维及其应用(强基课———逐点理清物理观念) 课标要求 学习目标 1.初步了解光纤的工作原理。 2.知道光纤技术在生活中的应用。 1.了解光缆的结构,了解光导纤维的工作原理。 2.会解决光导纤维在现实生活中的实际问题。 逐点清(一) 光导纤维的工作原理 [多维度理解] 1.光纤的构造: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 的材料,就制成了光导纤维,简称光纤。 2.光导纤维的工作原理:全反射是光导纤维的基本工作原理。内芯的折射率比外层的大,光传播时在内芯与外层的界面上不断发生 。 [微点拨] 光纤与相对折射率 1.相对折射率:在折射现象中,设光由介质1进入介质2,这时的折射率称为介质2相对介质1的相对折射率,通常用n21表示。n21=,式中n1和n2是介质1和介质2的绝对折射率。 2.全反射临界角:光由介质射入空气(或真空)时,sin C=(公式)。光由介质1进入介质2时,sin C=。 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)光纤是由高级金属制成的,所以它比普通电线容量大。 ( ) (2)光纤是非常细的特制玻璃丝,但导电性能特别好,所以它比普通电线衰减小。 ( ) (3)光纤是非常细的特制玻璃丝,由内芯和外套两层组成,光纤是利用全反射原理来实现光的传导的。 ( ) (4)在实际应用中,光纤必须呈笔直状态,因为弯曲的光纤是不能传导光的。 ( ) 2.(2024·宁德高二检测)如图所示,光纤灯是现代装饰照明的新型灯具,由光源、反光镜、滤光片及光纤组成,点状光源通过反光镜后,形成一束近似平行光,又通过滤光片,最后进入光纤,形成一根根色彩斑斓的柔性光柱。下列说法正确的是 ( ) A.点状光源发出的光可通过平面镜反射后形成平行光 B.光纤内芯的折射率应大于外套材料的折射率 C.光在光纤中的传播是利用了光的衍射原理 D.光在光纤中传播时,颜色会发生变化,从而创造出绚烂多彩的效果 3.根据报道,光纤通信速率创造出了新的纪录,每秒可以传达1.84 Pbit,这相当于每秒可以传输约236个1 TB 硬盘的数据。目前正常的网速想要传输1 TB 硬盘的数据,需要花费四到八小时以上,如果这项技术能大规模商用,网速将得到大幅提升。光纤通信中信号传播的主要载体是光纤,它的结构如图甲所示。若对某段光纤内芯进行研究,一束激光由内芯左端的点O以α=60°的入射角射入一直内芯内,恰好在内芯的侧面(侧面与过O的法线平行)发生全反射,如图乙所示。下列说法中正确的是 ( ) A.光纤内芯的折射率比外套的小 B.光从左端空气中进入光纤内芯后,其波长增大 C.频率越大的光在光纤中传播的速度越大 D.内芯对这种激光的折射率n= 逐点清(二) 光纤通信 [多维度理解] 1. 是光纤的一个重要应用。 2.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。 3.作用: 是信息社会的重要基石,“ ———是信息社会的重要标志。 4.应用 (1)利用光缆构成的电视网,能同时传送上千套电视信号,使人们可选择收看各种各样的电视节目。 (2)许多光纤通信设备已在舰艇、飞机上安装使用。 (3)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。 (4)其他应用:光纤作为一种性能优良的光学元件,不但在 和 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,如医用 。 [典例] 一段长为L的直线光导纤维的内芯如图所示,一单色光从左端面射入光纤,已知光纤对该单色光的折射率为n,光在真空中传播速度大小为c。 (1)求该单色光在光纤中传播的最短时间; (2)已知光纤对该单色光的折射率n=,当该单色光以入射角i=45°从左端面射入,求此单色光从左端面传播到右端面所用的时 ... ...
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