2023届高三物理一轮复习93光的折射　全反射（原卷版）

专题93光的折射全反射

考点一光的折射定律折射率（1-5T）

考点二全反射光导纤维（6-23T）

考点三光的色散光路控制（24-26T）

考点一光的折射定律折射率

1.折射定律

D内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法

线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

sin。1

2）表达式:—*Λ-

sin%

2.折射率

Sin-1

1）定义式:nsin^2°

2）关系式:n=£v,因为Kc,所以任何介质的折射率都大于1。

3）折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在该介质中传播速度的大小片二折

n

射率的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度没有必然联系.

3.应用光的折射定律解题的一般思路

1）根据题意画出正确的光路图.

2）利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角分别是入射光线、折射光线与

法线的夹角.

3）利用折射定律n=^-γ,结合数学三角函数的关系进行运算，分析边角关系时注意正弦定理的

应用.

4.求解光在介质中传播时间的一般思路

D光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。

2）光在介质中的传播速度与介质折射率有关，即乏。

3）利用t=/求解光的传播时间。

1.（2022・山东•威海市教育教学研究中心二模）某同学看到鱼池中池边的鱼离水面的距离约为1m,已知

水的折射率为1.33,则鱼的实际深度约为（)

A.0.50mB.0.75mC.1.33mD.1.78m

2.（2022•湖北∙襄阳四中模拟预测）高速公路上的标志牌都使用“回归反光膜”，这种膜是用球体反射

元件制成的。如图所示，反光膜内均匀分布着球形的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为L6,入射的车灯光线

经玻璃珠依次折射、反射、折射后，出射光线恰好和入射光线平行，则光进入玻璃珠后的折射角的正弦值

0.60C.0.80D.0.90

3.（2022•江苏•高考真题）如图所示，两条距离为〃的平行光线，以入射角。从空气射入平静水面，反

射光线与折射光线垂直，求:

（1）水的折射率仅

4.（2022•江苏•扬州市江都区育才中学一模）如图所示，透明玻璃体的上半部分是半球体，下半部分是

圆柱体，半球体的半径为亿。为半球体的球心。圆柱体的底面半径和高也为此现有一半径为号彳的圆环形

平行光垂直于圆柱体底面射向半球体，Oa为圆光环的中心轴线，所有光线经折射后恰好经过圆柱体下表面

圆心0,点，光线从。,射出后在玻璃体下方的水平光屏上形成圆形亮环，光到圆柱体底面的距离为凡光在

真空中的传播速度为C。求：

(1)透明玻璃体的折射率；

(2)光从入射点传播到光屏所用的时间。

5.(2022•湖北•高考真题)如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的A

位置，海豚的眼睛在6位置，/1位置和6位置的水平距离为M力位置离水面的高度为|&训练员将小球向

左水平抛出，入水点在6位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为。。小球在/位置发出的一束

光线经水面折射后到达6位置，折射光线与水平方向的夹角也为

已知水的折射率n=%求：

(1)tan9的值;

(2)6位置到水面的距离儿

考点二全反射光导纤维

1.全反射：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部消失，只剩下

反射光线的现象。

2.全反射条件

1)光从光密介质射入光疏介质；

2）入射角大于或等于临界角。

3.临界角

D定义：折射角等于90°时对应的入射角。临界角的符号为α

2）公式：sinC≡p介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。

4.光导纤维

光导纤维的原理是光的全反射。光在光导纤维内的传输示意图如图所示。

5.解答全反射问题的关键是利用好临界光线，准确判断恰好发生全反射的光路图，且在作光路图时尽

量与实际相符。

6.分析折射和全反射综合问题的基本思路

D判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。

2）判断入射角是否大于等于临界角，明确是否发生全反射现象。

3）画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知

识进行推断和求解相关问题。

4）折射率〃是讨论折射和全反射问题的重要物理量，是联系各物理量的桥梁，应熟练掌握跟折射率有

关的所有关系式。

6.（2023•浙江嘉兴•一模）某同学将半圆形透明砖平放在方格纸上，用激光笔将激光束垂直于/1C面射

入，可以看到光束从圆弧面/以出射，缓慢平移激光束，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，则该透

明砖材料的折射率为（）

B

激光笔

A.1.3B.1.4C.1.6D.1.9

7.（2022•辽宁•模拟预测）某透明均匀介质的截面图如图所示，直角三角形的直角边BC与半圆形直径重

合,半圆形的圆心为点。,一束绿色光线从AC面上的E点射入该介质，入射光线的延长线过。点,且OE=OC,

折射光线在半圆形界面处刚好发生全反射。若不考虑二次反射情况，则（

A.若只将光线换成蓝光，光线在半圆形界面处的入射点将下移

B.若只将光线换成红光，光线在半圆形界面处的入射点将下移

C增大光线与4C面的夹角，绿光将从半圆形界面处射出

D.增大光线与AC面的夹角，绿光在介质中的传播时间将变大

8.（2022•辽宁•高考真题）完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中

国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所

示，若气泡与水球同心，在过球心。的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是（）

A.此单色光从空气进入水球，频率一定变大

B.此单色光从空气进入水球，频率一定变小

C.若光线1在"处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射

D.若光线2在A■处发生全反射，光线1在"处一定发生全反射

9.（2022•山东•高考真题）柱状光学器件横截面如图所示，OP右侧是以。为圆心、半径为A的;圆，左

则是直角梯形，AP长为吊4C与Co夹角45°,AC中点为员a、6两种频率的细激光束，垂直AB面入射，

器件介质对a,6光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从4向8移动过程中，能

在PM面全反射后，从OM面射出的光是（不考虑三次反射以后的光）（）

A.仅有a光B.仅有8光C.a、8光都可以D,a、6光都不可以

10.（2022•江苏省昆山中学模拟预测）如图，光导纤维由内芯和外套两部分组成，内芯折射率比外套的

大，光在光导纤维中传播时，光在内芯和外套的界面上发生全反射。假设外套为空气，一束红光由光导纤

维的一端射入内芯，红光在内芯与空气的界面上恰好发生全反射，经时间力从另一端射出；另让一束绿光

也从光导纤维的一端射入，绿光在内芯与空气的界面上也恰好发生全反射，经时间久从另一端射出。则内

芯对红光的折射率为与对绿光的折射率心之比为（）

IN.....................•i

外套内套

A.乂B.生

以G

C.户D.户

7y∣tι

11.（2022•山东•莱州市第一中学模拟预测）光导纤维可简化为长玻璃丝，只有几微米到一百微米，由

于很细，一定程度上可以弯折。如图所示将一半径为r的圆柱形光导纤维，做成外半径为#的半圆形，一

细光束由空气中从纤维的左端面圆心“点射入，入射角α=53°,已知光导纤维对该光的折射率为支

sin530=0.8,sin37o=0.6«要使从左端面射入的光能够不损失的传送到半圆形光导纤维的另一端，外半径

户需满足的条件为（）

A.44rB.A216r

C.∕i≤16rD.Λ≤4r

12.（2022•广东•高考真题）一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其

截面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心0点。

当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速

度为c,求液体的折射率〃和激光在液体中的传播速度％

13.（2022•四川省资中县球溪高级中学模拟预测）如图所示，在真空中有一折射率n=8的直角棱镜46G

//=60°,/C的长度为4真空中的光速为以平行于比■的单色光从16介面射入棱镜，求：

（i）光经48界面折射后折射光线与48界面的夹角；

（ii）光通过棱镜的最长时间。（不讨论光在棱镜中多次反射的情况）

14.（2022•山东•模拟预测）2021年12月9日，王亚平在太空实验授课中，进行了水球光学实验。在空

间站中的微重力环境下有一个水球，如果在水球中心注入空气，形成球形气泡，内外两球面球心均在。点，

如图所示。一束单色光从外球面上的｛点以与4。连线成/角度射入球中，已知水的折射率为右内球面半径

为3R,外球面半径为5R,光速为Co求：

（1）光在水中的传播速度看

（2）能使光在内球表面上发生全反射的入射角，的正弦值的取值范围。

15.（2022•贵州贵阳•模拟预测）一个玻璃圆柱体的横截面如图所示，其半径为R,圆心为0。柱面内侧4处

的单色点光源发出的一束光48与直径的夹角为0,从B点射出，出射光线BC与AD平行。已知该玻璃的折

射率n=√3,光在真空中的传播速度为c。

（1）求夹角。的值；

（2）当9=60°,求从4发出的光线经多次全反射回到4点的时间。

A

16.（2022•重庆•高考真题）如图所示，水面上有一透明均质球，上半球露出水面，下半球内竖直中心

轴上有红、蓝两种单色灯（可视为点光源），均质球对两种色光的折射率分别为n红和n蓝。为使从光源照射

到上半球面的光，都能发生折射（不考虑光线在球内反射后的折射），若红灯到水面的最大距离为力红,

（1）求蓝灯到水面的最大距离；

（2）两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下方？为什么？

17.（2022•全国•高考真题）如图，边长为a的正方形4%办为一棱镜的横截面，M为边的中点。在截

面所在的平面，一光线自〃点射入棱镜，入射角为60°,经折射后在此边的/V点恰好发生全反射，反射光

线从切边的夕点射出棱镜，求棱镜的折射率以及AC两点之间的距离。

18.（2022•全国•高考真题）一细束单色光在三棱镜ABC的侧面4C上以大角度由〃点入射（入射面在棱

镜的横截面内），入射角为i,经折射后射至48边的E点,如图所示，逐渐减小，工点向6点移动，当Sini=；

6

时，恰好没有光线从AB边射出棱镜，且DE=O4求棱镜的折射率。

19.（2022•河北•高考真题）如图，一个半径为A的玻璃球，。点为球心。球面内侧单色点光源S发出的

一束光在/点射出，出射光线/6与球直径SC平行，6=30°。光在真空中的传播速度为以求：

（i）玻璃的折射率；

（ii）从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。

20.（2022•江苏江苏•二模）以光纤通讯为基础，我国千兆宽带已经进入很多家庭，在进入小区的光纤

控制箱中，光纤绕成图示形状，已知光纤的折射率形n=或，其直径为北

（1）求该光纤的临界角；

（2）若平行轴线射入的一东光通过圆弧部分不发生漏光，求内圆弧半径的最小值。

21.（2022•新疆•博乐市高级中学（华中师大一附中博乐分校）模拟预测）如图，竖直放置在水平地面

上的长方形玻璃砖折射率n=√3,一束单色光以入射角i=60°射到玻璃砖右表面的中点A,经左、右两表

面传播后在地面上出现三个光点（图中未画出）。已知玻璃砖的高度H=8cm,厚度d=3cm,不考虑多次

反射，以右表面O点为一维坐标原点，求地面上三个光点的坐标位置。

22.（2022•山东•模拟预测）电视机遥控器中有一个用透明介质封装的发光二极管；如图（a）所示，它

发出红外光来控制电视机的各种功能。一兴趣小组找来一个用此种材料制成的半圆柱体，利用插针法测定

该透明介质的折射率。实验中用46两个大头针确定入射光路，a。两个大头针确定出射光路。夕和。分

别是入射点和出射点，且/SL历V；如图（b）所示。测得半圆柱体的半径庐5cm,小ICm,给4cm,〃到法

s

线的距离叱2cm。已知光速c=3.0×10m∕so

（1）求该透明介质的折射率和光在该介质中传播的速度;

（2）实际测得封装二极管的半球直径庐5mm,发光二极管的发光面是以用为直径的发光圆盘，其圆心位于

半球的球心点。，如图（C）所示。为确保发光面发出的红外光第一次到达半球面时都不发生全反射，发光

二极管的发光面半径r最大应为多大?

23.（2022•湖南•高考真题）如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直

于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度。的控制（可视角度。定义为某像素单元发出的光在图示平面

内折射到空气后最大折射角的2倍）«透明介质的折射率n=2,屏障间隙L=O.8mm。发光像素单元紧贴

屏下，位于相邻两屏障的正中间.不考虑光的衍射。

（1）若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度。控制为60°,求屏障的高度d；

（2）若屏障高度d=1.0mm,且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度X最小为多少时，其可视

角度。刚好被扩为180°（只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元）。

空气

透明介质

发光像素单元

考点三光的色散光路控制

1.光的色散现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。

2.成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小,

对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。

3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体（球）对光路的控制特点

平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球）

玻璃楼上下表面是平行

结构横截面为三角形横截面是圆

的

对光线

ʌ圆界面的法线是过圆

通过三棱镜的光线经两次折

的作用通过平行玻璃砖的光线

射，两次折射的出射光线均心的直线，光线经过两

不改变传播方向，但要

向棱镜底面偏折次折射后向圆心偏折

发生侧移

¼>

测定玻璃的折射率

应用全反射棱镜，改变光的传播改变光的传播方向

方向

4.各种色光的比较分析

颜色红橙黄绿青蓝紫

低一高

同一介质中的折射率小f大

同一介质中的速度大f小

同一介质中的波长大f小

通过同一棱镜的偏折角