2025高考物理复习光的折射全反射课件教案练习题

第十四章光学三年考情光的折射2023·浙江1月选考·T13、2023·江苏卷·T5、2023·辽宁卷·T8、2022·湖北卷·T14、2022·浙江1月选考·T11、2022·江苏卷·T12、2021·全国甲卷·T34(1)、2021·湖南卷·T16(2)、2021·浙江6月选考·T12光的折射与全反射的综合应用2023·全国甲卷·T34(1)、2023·山东卷·T16、2023·浙江6月选考·T13、2023·湖北卷·T6、2023·湖南卷·T7、2022·全国甲卷·T34(2)、2022·全国乙卷·T34(2)、2022·辽宁卷·T5、2022·河北卷·T16(2)、2022·广东卷·T16(2)、2022·重庆卷·T16(2)、2022·山东卷·T7、2022·浙江6月选考·T8、2021·全国乙卷·T34(2)、2021·广东卷·T16(2)、2021·河北卷·T16(2)、2021·辽宁卷·T4三年考情光的干涉和衍射2023·辽宁卷·T8、2023·江苏卷·T6、2023·山东卷·T5、2022·浙江6月选考·T4、2022·山东卷·T10、2021·江苏卷·T6、2021·浙江6月选考·T16几何光学与波动光学的综合应用2021·湖北卷·T5、2021·北京卷·T2实验：测量玻璃的折射率2023·海南卷·T14、2023·广东卷·T11命题规律目标定位本章考查的内容主要体现模型建构和科学推理等物理学科的核心素养。命题多以三棱镜、玻璃半球、游泳池等为设题情境，考查光线的传播光路图。以双缝干涉、单缝衍射为载体考查光的干涉、衍射等知识，考查难度略有下降，几何光学与波动光学的综合题出现的频次减小，实验考查的频次将有所增加。第1讲光的折射全反射课标要求1．通过实验，理解光的折射定律。2．知道光的全反射现象及其产生的条件，初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用。考点一折射定律折射率考点二全反射光导纤维内容索引课时测评考点一折射定律折射率1．折射定律(1)内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在__________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____比。(2)表达式：

＝n12。(3)在光的折射现象中，光路是______的。知识梳理2．折射率(1)定义式：n＝_____。(2)计算公式：n＝__，因为v＜c，所以任何介质的折射率都_______。(3)当光从真空(或空气)斜射入某种介质时，入射角______折射角；当光由介质斜射入真空(或空气)时，入射角______折射角。

同一平面正可逆大于1大于小于(2023·江苏高考·改编)地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中将会发生弯曲，如图甲或图乙所示。判断下列说法的正误：(1)越接近地面，折射率越大，折射角越大。 (

)(2)光线将像图甲一样偏折。 (

)(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。 (

)高考情境链接×√√1．对折射率的理解(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小，v＝

。(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。(3)同一种色光，虽然在不同介质中波速、波长不同，但频率相同。2．光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线射出。核心突破3．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱(球)体对光路的控制

平行玻璃砖三棱镜圆柱(球)体结构上下表面平行横截面为三角形横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向(多选)(2023·全国甲卷·改编)等腰直角三角形△abc为一棱镜的横截面，ab＝ac。一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜，在bc边反射后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两束。甲光的出射点在乙光的下方，如图所示。不考虑多次反射，下列说法正确的是A．甲光的波长比乙光的长B．在棱镜中的传播速度，甲光比乙光大C．该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率D．在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光大例1√√√根据折射定律和反射定律作出光路图如图所示。由图可知，乙光的折射角较小，根据折射定律可知乙光的折射率大，则乙光的频率大，根据c＝λf可知，乙光的波长短，A正确，C错误；根据v＝

可知，在棱镜中的传播速度v甲＞v乙，B正确；根据几何关系可知，光在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光的大，D正确。故选ABD。对点练1．(多选)如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块上、下表面平行的玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出。已知玻璃对单色光b的折射率较小，那么下列说法中正确的有A．a光束在玻璃砖中传播速度比b光小B．从玻璃砖下表面射出后，两束光不一定平行C．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定增大了D．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同√√玻璃对单色光b的折射率较小，那么光路图如图所示。光在介质中的传播速度为v＝

，因为玻璃对单色光b的折射率较小，所以a光束在玻璃砖中传播速度比b光小，故A正确；根据光路的可逆性可知，下表面出射角等于上表面的入射角，即两束光下表面的出射角相等，故从玻璃砖下表面射出后，两束光仍然平行，故B错误；由于a光的折射率大，偏折程度大，从下表面射出后沿水平方向侧移的距离大，故两束光从下表面射出后，两束光之间的距离一定增大，故C正确，D错误。故选AC。对点练2．(2023·湖南岳阳高三联考)一工件由某种透明材料制作而成，其横截面如图所示。圆弧CD所对应的圆心角为60°，圆心在AB边的中点，若将C、D用直线连接，则ABCD为矩形，AB长度和圆弧的半径均为d，一水平向左的光线射到圆弧面上的C点，折射后恰好射到A点，则该透明材料的折射率为A．

B．

C．1.5 D．√光路如图所示由几何关系可知，入射角为60°，设折射角为r，由正弦定理有

＝

，由光的折射定律有n＝

，解得n＝

，故选A。对点练3．(2023·河南平顶山高三期末)半圆形玻璃砖的横截面如图所示，O点为圆心，OO′为直径MN的垂线，足够大的光屏PQ与直径MN垂直并接触于N点，已知半圈形玻璃砖的半径R＝15cm，折射率n＝

。一细束激光沿半径方向射向圆心O点，入射光线与OO′夹角θ＝30°，光屏PQ上出现两个光斑，则这两个光斑之间的距离为A．cm B．20cmC．

cm D．5cm√画出光路图如图所示设折射角为γ，根据折射定律n＝

，可得sinγ＝nsinθ＝

，解得γ＝60°，根据几何关系可知，两个光斑之间的距离为L＝Rtan60°＋Rtan30°＝15×cm＋15×

cm＝20cm，故选B。返回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______，只剩下反射光线的现象叫作全反射。2．全反射的条件(1)光从光密介质射入光疏介质。(2)入射角____________临界角。3．临界角：折射角等于90°时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sinC＝

。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越____。4．光导纤维光导纤维的原理是利用光的________，如图所示。知识梳理消失大于或等于小全反射(2023·湖南高考·改编)一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束。判断下列说法的正误：(1)该激光在水中发生全发射的临界角为41°。 (

)(2)水的折射率为

。 (

)(3)当他以α

＝60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°。 (

)高考情境链接×√√全反射问题的分析思路1．确定光是从光密介质进入光疏介质。2．应用sinC＝

确定临界角。3．根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射。4．如果发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图。5．运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题。核心突破考向1全反射

一透明玻璃体的横截面如图所示，右部是半径为R的半圆，O为圆心，BC为直径，左部ABCD为一长方形，EF为过玻璃体的中轴线且过O点。用宽度为2R、平行于轴线EF的平行光从AD边射入，从右向左看弧BFC上被照亮的部分占半圆弧的

，不计光线在玻璃体内的多次反射，求：(1)透明玻璃体的折射率n；例2审题指导画出光路图，确定临界角，然后计算折射率。

答案：当平行光线在弧BFC面上发生全反射时就没有光线出射，则两条入射光线在弧BFC面上恰好发生全反射时，入射角均为临界角C，从右向左看弧BFC上照亮的部分占半圆弧的一半，根据对称性可得临界角C＝45°，如图甲所示，sinC＝

＝

，解得透明玻璃体的折射率n＝

。(2)若将平行光源改为放在E点的点光源，从右向左看弧BFC上被照亮的部分占半圆弧的

，AB的长度是多少？答案：审题指导画出点光源发出的光恰好发生全反射的光路图，利用几何关系求解AB的长度。

从E点的点光源发出的光到弧BFC面上发生全反射时就没有光线出射，则两条入射光线在弧BFC面上恰好发生全反射时，入射角均为临界角C，如图乙所示。从右向左看弧AFD上照亮的部分占半圆弧的

，由对称性可得∠MOF＝75，由几何关系得θ＝∠MEO＝30°，由正弦定理得

＝

，可得OE＝

R，即AB＝OE＝

R。对点练1．(多选)(2023·湖南衡阳开学考试)如图所示，容器中盛有水，PM为水面，从A

点发出一束复色光，射到水面上的O点后，折射光发生了色散，照到器壁上a、b两点。关于与a、b对应的单色光，下列判断正确的是A．由A到O，a光和b光的传播时间不相同B．若发光点A不变而入射点

O向左移，则b光可能发生全反射C．若发光点A不变而入射点O向右移，则b光比a光先发生全反射D．a光在真空中的传播速度比b光大√√由题图可知，两光在水中的入射角相同，而a光在真空的折射角较小，由折射定律可知a光的折射率要小于b光的折射率；由v＝

可知，在水中a光的传播速度要大于b光，故由A到O，a光和b光的传播时间不相同，故A正确；若发光点A不变而入射点O向左移，则入射角减小，都不会发生全反射，两光都不会消失，故B错误；若发光点A不变而入射点O向右移，则入射角变大，根据折射定律可知b光的折射率大于a光的折射率，先达到b光的临界角，则b光比a光先发生全反射，故C正确；真空中光速均为3×108m/s，所以a光与b光在真空中的传播速度一样大，故D错误。故选AC。对点练2．(多选)如图所示，光导纤维由内芯和外套两个同心圆柱体组成，其中心部分是内芯，内芯以外的部分为外套，光从一端射入，从一端射出，下列说法正确的是A．内芯的折射率大于外套的折射率B．内芯的折射率小于外套的折射率C．不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间相同D．若红光以如图所示角度入射时，恰能在内芯和外套分界面上发生全反射，则改用紫光以同样角度入射时，也能在内芯和外套分界面上发生全反射√√光线在内芯和外套的界面上发生全反射，可知光从光密介质进入光疏介质，则内芯的折射率大于外套的折射率，故A正确，B错误；不同频率的可见光在界面上发生全反射，可知经过的路程相同，根据v＝

，光在介质中传播的速度不同，则传播的时间不同，故C错误；根据sinC＝

，折射率越大，临界角越小，红光的折射率小，则临界角大，若红光恰能发生全反射，则紫光一定能在分界面上发生全反射，故D正确。考向2光的折射和全反射的综合应用

如图所示，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在的平面，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。例3答案：光线在M点发生折射有n＝由题知，光线经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，则sinC＝

，其中C＝90°－θ联立有tanθ＝

，n＝根据几何关系有tanθ＝

＝则NC＝a－BN＝a－再由tanθ＝解得PC＝

a。(2023·山东高三大联考)如图为半圆柱体玻璃砖的截面示意图。MN为直径，O点为圆心，半径为R。一束由红光和紫光组成的复色光沿AM方向射入玻璃砖，分成两束单色光后各自传播到B、C两点，两束光分别记作B光、C光。已知∠AMN＝150°，∠MOB＝60°，∠MOC＝90°，光在真空中的传播速度为c，求：(1)玻璃砖对C光、B光的折射率(结果可用根号表示)；例4答案：由几何关系可知，两单色光的入射角均为60°，C光的折射角为45°，B光的折射角为30°，根据折射定律n＝代入数据解得C光和B光的折射率分别为nC＝

，nB＝

。(2)C光与B光从M点射入到第一次射出玻璃砖所经过的时间之比。根据全反射的临界条件有sinC＝

，可知B光发生全反射的临界角的正弦值sinCB＝B光到达B点时入射角为60°，根据sin60°＝

＞

，可知B光在玻璃砖内发生全反射，之后B光入射角又为60°，再次发生全反射到达N点，此时的入射角为30°，sin30°＝

＜

，B光从玻璃砖中射出，B光在玻璃砖中的光路如图所示答案：1∶3由几何关系知路程lB＝3R根据光路可逆，C光不发生全反射，直接从C点射出，在玻璃砖中的路程lC＝

R根据n＝可知，C光和B光在玻璃砖内的速度之比为则C光与B光从M点射入玻璃砖到第一次射出玻璃砖所用的时间之比

。返回课时测评1．(多选)(2024·海南海口一模)如图所示，a、b两种单色光组成的一束可见光，从水中射向水面，在水面上只探测到单色光b。下列说法正确的是A．水对单色光a的折射率小于对单色光b的折射率B．水对单色光a的折射率大于对单色光b的折射率C．单色光a在水中的传播速度大于单色光b在水中的传播速度D．单色光a在水中的传播速度小于单色光b在水中的传播速度√√由于在水面上只探测到单色光b，则单色光a发生了全反射，单色光a的临界角小于单色光b的临界角，根据全反射临界角公式sinC＝

，知水对单色光a的折射率大于对单色光b的折射率，故A错误，B正确；根据光速与折射率的关系v＝

可知，单色光a在水中的传播速度小于单色光b在水中的传播速度，故C错误，D正确。故选BD。2．(多选)(2024·四川攀枝花模拟)如图所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λa、λb，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，则A．na＞nb

B．na＜nbC．λa＜λb

D．λa＞λb√√由题图可知，两束单色光a、b入射角相同时，单色光a的折射角大，由折射定律n＝

可知，单色光a的折射率小于单色光b的折射率，故A错误，B正确；由于单色光a的折射率小于单色光b的折射率，则单色光a的频率小于单色光b的频率，由λ＝

可知，单色光a的波长大于单色光b的波长，故C错误，D正确。3．(多选)一束白光从顶角为θ的三棱镜的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则A．红光最先消失，紫光最后消失B．紫光最先消失，红光最后消失C．折射后的出射光线向底边BC偏折D．折射后的出射光线向顶角A偏折√√白光从AB面射入玻璃后，由于紫光偏折程度大，到达另一侧AC时的入射角较大，玻璃对紫光的折射率大，根据sinC＝

，可知其临界角最小，故随着入射角i的减小，进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射不再从AC面射出，红光最后消失，通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向三棱镜底边BC偏折，故A、D错误，B、C正确。4．(2024·广西柳州统考)如图所示，折射率n＝

的透明玻璃半圆柱体，半径为R，O点是某一截面的圆心，虚线OO′与半圆柱体底面垂直。现有一条与OO′距离

的光线垂直底面入射，经玻璃折射后与OO′的交点为M(图中未画出)，则M到O点的距离为A．

R

B．(＋1)RC．(－

)R

D．R√依题意，作出光路图如图所示。由几何关系知在B点的入射角α＝30°，根据折射定律有n＝

，解得θ＝60°；由几何关系可得β＝120°，r＝30°，由几何知识解得OM＝

R，故选A。5．(多选)如图为光线在A、B、C三种介质中传播时发生反射和折射的情况，下列说法中正确的是A．介质A的折射率比介质B的折射率大B．介质B的折射率比介质C的折射率大C．若增大光线的入射角θ，在介质A、B的分界面处可能会发生折射现象D．若增大光线的入射角θ，在介质B、C的分界面处可能会发生全反射现象√√光线从B射向A时发生了全反射，可知介质A的折射率比介质B的折射率小，故A错误；光线从B射向C时，折射角大于入射角，可知介质B的折射率比介质C的折射率大，故B正确；由题图可知，当入射角为θ时光线已经在A、B界面发生了全反射，则增大光线的入射角θ，在介质A、B的分界面处将仍然发生全反射，不可能发生折射现象，故C错误；若增大光线的入射角θ，则在B、C界面的入射角变大，当入射角大于临界角时，能在介质B、C的分界面处发生全反射现象，故D正确。6．一束复色光从空气射入上下表面平行的玻璃砖后分成a、b两束单色光，光路如图所示。关于玻璃砖内的a、b两束光，正确的是A．a光的频率比b光的频率高B．a光在玻璃砖下表面可能发生全反射C．a光的传播速度比b光的传播速度大D．a、b两束光穿出玻璃砖下表面后的方向可能不平行√光从空气进入介质，a、b两束光入射角相等，b光折射角更小，根据折射率n＝

，可知玻璃对b光折射率较大，则b光频率更高，故A错误；因为玻璃砖上下表面平行，光线在玻璃砖下表面第二次折射时的入射角等于在上表面第一次折射时的折射角，根据光路可逆性可知，第二次折射的出射光线与第一次折射时的入射光线平行，所以从玻璃砖下表面射出的两束光仍然平行，a、b两束光在玻璃砖下表面均不能发生全反射，故B、D错误；根据公式v＝

可知，折射率越大传播速度越小，故a光的传播速度比b光的传播速度大，故C正确。7．如图所示，玻璃三棱镜的截面为直角三角形，其中∠A＝60°，∠B＝30°，∠C＝90°，一束单色光照射到BC边上的D点，当入射角i＝60°时，光线折射到AB边上没有光线射出，光线反射到AC面上与BC平行，则该玻璃的折射率为A．

B．

C．

D．√画出光路图如图所示，光束在BC边上发生折射，有

＝n，由几何关系可知r＝α＝30°，解得n＝

，故选A。8．如图所示，一透明半圆柱折射率为n＝2，半径为R、长为L。

一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入，有光线从部分柱面射出。则该部分柱面的面积为A．

B．

C．

D．√半圆柱体的横截面如图所示，O

O′为半径，设从A点入射的光线在B点处恰好满足全反射条件，入射角恰好等于临界角C，则由折射定律得n＝

＝2，解得C＝

，由几何关系得∠

O′OB＝C，则有光线从柱面射出的柱面面积S＝2CRL＝

RL，故选A。9．如图所示，玻璃半球的半径为R，球心为O，AB为水平直径，M点是半球的最高点。半球内从A点发出与AB成θ＝30°的光线从BM间某点C平行于AB射出。光在真空中的传播速度为c。则A．此玻璃的折射率为B．光从A到C的时间为C．若增大θ，光线不可能在C与M间发生全反射D．若θ为某个不为零的值，光从A到B的时间为√如图甲所示，由几何关系可得∠i＝30°，∠r＝60°，根据折射定律有n＝

故A错误；光从A到C的时间为t＝

，v＝

，联立解得t＝

，故B错误；若增大θ，入射角增大，由光密到光疏，当入射角大于等于临界角时，光线可能在C与M间发生全反射，故C错误；如图乙所示，当光的入射角为45°时，光在M点的反射光线经过B点，光从A到B的时间为t′＝

，故D正确。10．(多选)(2024·云南昆明高三统考)如图所示，清澈的湖面下S处有一条小鱼，S到水面的距离h＝3m，已知水的折射率为

(当θ很小时，sinθ≈tanθ)，则A．在鱼正上方向的水面上看到鱼的位置距水面的距离为2.25mB．在鱼正上方向的水面上看到鱼的位置距水面的距离为2.50mC．在湖面上能看到鱼的水域圆面积的半径为

mD．在湖面上能看到鱼的水域圆面积的半径为m√√光路如图所示，则n＝

，sini≈tani＝

，sinr≈tanr＝

，则h′＝

＝

m＝2.25m，故A正确，B错误；因sinC＝

＝

，则tanC＝

，在水面上能看到鱼的圆半径R＝htanC＝

＝

m，故C正确，D错误。故选AC。11．(10分)如图所示，一个盛水容器内装有深度为H的水，激光笔发出一束激光射向水面O点，经折射后在水槽底部形成一光斑P。已知入射角α＝53°，水的折射率n＝

，真空中光速为c，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6。求：(1)激光从O点传播到P点的时间t；答案：根据折射定律n＝解得折射角大小β＝37°光在水中的速度v＝激光从O点传播到P点的时间t＝

。(2)打开出水口放水，当水面下降到原来一半深度时，光斑P仍然在容器底部，求光斑P移动的距离x。打开出水口后，光路图如图所示。根据n＝设水面下降的高度为h，由几何关系有x＝h(tanα－ta