师：好好，请坐好。今天我们来讲选秘一第四章第三节内容，光的全反射与光纤技术。首先，我们来看一个视频。中和环球网、中科院官网报道，中国或将成为全球第一个构建起全球卫星激光通信网的国家。韩媒报道称，利用卫星进行的激光通信，数据传输速度是现有的无线频率通信的百万倍以上，若投入使用，有望给通信领域带来巨大变革。报道还称，美国虽一直在利用卫星和国际空间站进行激光通信试验，但最近发射大量新型卫星的中国在该领域处于领先地位。11月26日，中国科学院宣布了一项关键太空技术，声明中提到，长春光学精密机械与物理研究所为北斗全球系统研制的大型激光通信雕像设备完成星地高速下行激光通信实验。韩媒称，北斗卫星导航系统是被称为中国版GPS的卫星网，利用地球静止轨道上的卫星向手机、无人驾驶汽车、导弹等提供位置信息。北斗卫星利用无线电波向地面用户发送位置、时间信息和1000字的文字信息，但如果使用激光通信设备，在地球上的任何地方都有望实现每秒1G以上的数据传输。卫星激光通信网以北斗卫星为支柱，用激光实现离地球较近的低轨道卫星、地面接收站和飞机、车辆、船舶等之间的数据传输。
激光通信听起来比较高大上，实际上它的原理并不难，我们今天一起来模拟一下。现在我手上有一个激光发射装置，它通过音频线跟我的手机连接在一起。当我的手机播放音乐时，音频的电信号就会被调制成光信号并发射出去。大家看，有激光发射出去了，对吧？在大家左手边的角落有一个接收装置，它内部结构很简单，就在那个角落的窗口处，大家看到了吗？它主要由一个光敏接收管和一个扬声器组成，光敏接收管可以把光信号解调成电信号，然后通过扬声器播放出来。我们来试一下，现在大家听到声音了吗？声音在播放了吧？我把光打过去，大家拭目以待。
生：有声音。
师：大家想象一下，激光打过去照到接收装置就有声音，照不到就没声音，对吧？如果我前面有一个障碍物把光挡住，那边接收不到就没办法出声了，是吧？那有什么办法能让光绕过障碍物呢？
生：反射。
师：大家学得不错，用反射就可以。现在桌面上有一个镜子，长文同学，你来试一下，用镜子把激光反射到接收装置那里。
生：（尝试后）可以。
师：好，再来试一下。（成功后）好，可以。但问题来了，如果现在我要把激光送到你家里，中间有很多障碍物，那岂不是要加很多面镜子？这样显然不太合理，对吧？那该怎么办呢？
生：纤维。
师：大家思考一下，该怎么办？我们类比一下，平时手机播放音乐，若希望它在扬声器上播放出来，一般会用根音频线把手机和扬声器连接在一起，这时音频的电信号就被约束在这根导线里面传输。那现在，我们是不是也希望能把激光这个光信号约束在某种介质当中传输，这样就能解决遇到很多障碍物需要加很多面镜子的不现实问题，对吧？那你们能想到什么东西可以做到呢？
生：光纤。
师：对，你想到了光纤。那具体光纤的原理是什么呢？我们先来回顾一下前面所学内容。当光从一种介质进入另一种介质，比如从空气进入玻璃时，会发生反射和折射。此时，这是入射光线，这是反射光线和折射光线，入射角和反射角相等，入射角和折射角之间满足什么定律呢？
生：折射定律。
师：对，入射角的正弦值与折射角的正弦值成一个正比，这个比值n就是我们所说的介质的折射率。在这种情况下，大家看，如果增大入射角，折射角也会增大，但始终是入射角比折射角大，因为是从空气到玻璃，对吧？那现在我们希望把光约束在某种介质当中，而现在光从一种介质折射到了另一种介质里面。我想把它约束在某一种介质，就意味着希望光在这个界面不发生什么，只发生什么呢？
生：不发生折射，只发生反射。
师：对，这样光就可以一直约束在某一种介质里面了。大家再看这幅图，当前光是从空气进入到玻璃，你们觉得一直调整入射角，有没有可能出现某一个角度，让折射光线突然消失呢？
生：似乎不太可能。
师：对，因为折射角始终比入射角小，哪怕入射角增大到90度，折射角还是比它小。那该怎么办呢？
生：从玻璃射到空气，光路可逆。
师：非常好，我们学过光路是可逆的。如果把这个过程反过来，让光从玻璃射入到空气，这时这边是入射角，这边是折射角，两个角的正弦之比等于n分之一。此时，折射角是不是要比入射角大一点？好，再看这个动图，不断增大入射角，折射角也在增大，那有没有可能增大到某一个角度时，折射光线突然消失呢？
生：有可能。
师：什么时候会出现这种情况呢？你来来说一下。
生：入射角增大到一定程度，折射角大于90度时，折射光线有可能消失。
师：好，前面这些是我们的理论推导和猜想，真实情况如何，我们要通过实验来看。今天给大家提供了以下实验器材，4个人为一组，桌面上有一个激光笔，还有一个分光器，分光器的作用是把一束光线通过它之后形成一束平行光线。当然还有量角器和半圆形玻璃砖，量角器在你们学案的第四页，每组只需一位同学提供学案就行。实验前有个注意事项要提醒大家，要使光线通过分光器之后形成一束平行光线，这有一点操作技巧。大家来看这个视频。