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4.光導(dǎo)纖維

全反射的一個重要應(yīng)用就是用于光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)。光纖有內(nèi)、外兩層材料，其中內(nèi)層是光密介質(zhì)，外層是光疏介質(zhì)。光在光纖中傳播時，每次射到內(nèi)、外兩層材料的界面，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射。這樣使從一個端面入射的光，經(jīng)過多次全反射能夠沒有損失地全部從另一個端面射出。

[例13] 如圖所示，一條長度為L=5.0m的光導(dǎo)纖維用折射率為n=的材料制成。一細(xì)束激光由其左端的中心點以α= 45°的入射角射入光導(dǎo)纖維內(nèi)，經(jīng)過一系列全反射后從右端射出。求：⑴該激光在光導(dǎo)纖維中的速度v是多大？⑵該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時間是多少？

解：⑴由n=c/v可得v=2.1×10⁸m/s

⑵由n=sinα/sinr可得光線從左端面射入后的折射角為30°，射到側(cè)面時的入射角為60°，大于臨界角45°，因此發(fā)生全反射，同理光線每次在側(cè)面都將發(fā)生全反射，直到光線達(dá)到右端面。由三角關(guān)系可以求出光線在光纖中通過的總路程為s=2L/，因此該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時間是t=s/v=2.7×10^-8s。

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3.玻璃磚

所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當(dāng)光線從上表面入射，從下表面射出時，其特點是：⑴射出光線和入射光線平行；⑵各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散；⑶射出光線的側(cè)移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關(guān)；⑷可利用玻璃磚測定玻璃的折射率。

[例8] 如圖所示，兩細(xì)束平行的單色光a、b射向同一塊玻璃磚的上表面，最終都從玻璃磚的下表面射出。已知玻璃對單色光a的折射率較小，那么下列說法中正確的有　

A.進(jìn)入玻璃磚后兩束光仍然是平行的

B.從玻璃磚下表面射出后，兩束光不再平行

C.從玻璃磚下表面射出后，兩束光之間的距離一定減小了

D.從玻璃磚下表面射出后，兩束光之間的距離可能和射入前相同

解：進(jìn)入時入射角相同，折射率不同，因此折射角不同，兩束光在玻璃內(nèi)不再平行，但從下表面射出時仍是平行的。射出時兩束光之間的距離根據(jù)玻璃磚的厚度不同而不同，在厚度從小到大變化時，該距離先減小后增大，有可能和入射前相同(但左右關(guān)系一定改變了)。

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2.全反射棱鏡

橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。選擇適當(dāng)?shù)娜肷潼c，可以使入射光線經(jīng)過全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)90^o(右圖1)或180^o(右圖2)。要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發(fā)生全反射。

[例7] 如圖所示，自行車的尾燈采用了全反射棱鏡的原理。它雖然本身不發(fā)光，但在夜間騎行時，從后面開來的汽車發(fā)出的強光照到尾燈后，會有較強的光被反射回去，使汽車司機(jī)注意到前面有自行車。尾燈的原理如圖所示，下面說法中正確的是　　　　　　

A.汽車燈光應(yīng)從左面射過來在尾燈的左表面發(fā)生全反射

B.汽車燈光應(yīng)從左面射過來在尾燈的右表面發(fā)生全反射

C.汽車燈光應(yīng)從右面射過來在尾燈的左表面發(fā)生全反射

D.汽車燈光應(yīng)從右面射過來在尾燈的右表面發(fā)生全反射　

解：利用全反射棱鏡使入射光線偏折180°，光線應(yīng)該從斜邊入射，在兩個直角邊上連續(xù)發(fā)生兩次全反射。所以選C。

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1.棱鏡對光的偏折作用

一般所說的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的。入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，射出方向與入射方向相比，向底邊偏折。(若棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)小則結(jié)論相反。)

作圖時盡量利用對稱性(把棱鏡中的光線畫成與底邊平行)。

由于各種色光的折射率不同，因此一束白光經(jīng)三棱鏡折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏上形成七色光帶(稱光譜)(紅光偏折最小，紫光偏折最大。)在同一介質(zhì)中，七色光與下面幾個物理量的對應(yīng)關(guān)系如表所示。

色光	紅橙黃綠藍(lán)靛紫
折射率	小大
偏向角	小大
頻率	小小
速度	大小

[例5]發(fā)出白光的細(xì)線光源ab，長度為l₀，豎直放置，上端a恰好在水面以下，如圖�，F(xiàn)考慮線光源a b發(fā)出的靠近水面法線(圖中的虛線)的細(xì)光束經(jīng)水面折射后所成的像，由于水對光有色散作用，若以l₁表示紅光成的像的長度，l₂表示藍(lán)光成的像的長度，則(D)