2025高考物理总复习光的折射、全反射

第十四章光考情分析试题情境生活实践类全反射棱镜、光导纤维、增透膜、偏振滤光片、激光等学习探究类折射定律、全反射、测量玻璃的折射率、光的干涉现象、光的衍射现象、光的偏振现象、用双缝干涉测量光的波长第1课时光的折射、全反射目标要求1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律。2.掌握发生全反射的条件并会用全反射的条件进行相关计算。内容索引考点一

折射定律折射率考点二

全反射考点三

光的折射和全反射的综合应用课时精练><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(n12为比例常数)。同一平面正2.折射率(1)定义式：n＝_______。(2)折射率与速度的关系式：n＝___。因为v<c，所以任何介质的折射率都

。大于1说明：①关系式n＝

中的n是指介质相对于真空的折射率，即绝对折射率。②折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。a.同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小；b.同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。1.无论是光的折射，还是反射，光路都是可逆的。(

)2.入射角越大，折射率越大。(

)3.若光从空气射入水中，它的传播速度一定增大。(

)4.根据n＝

可知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比。(

)√××√例1

如图所示，一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上，光线与横截面平行，则透过玻璃柱的光线可能是图中的A.①

B.②

C.③

D.④√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)对光路的控制特点通过平行玻璃砖后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，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折例2

(2023·江苏省联考)如图所示，等腰三棱镜ABC的顶角∠A＝30°，一束单色光与AB成30°角射入三棱镜，恰能垂直AC射出，则三棱镜的折射率为√例3

(2023·江苏南京市汉开书院检测)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R，O为半球体的球心。圆柱体的底面半径和高也为R，现有一半径为

的圆环形平行光垂直于圆柱体底面射向半球体，OO1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O1点，光线从O1点射出后在玻璃体下方的水平光屏上形成圆形亮环，光屏到圆柱体底面的距离为R，光在真空中的传播速度为c。求：(1)透明玻璃体的折射率；作出光路图如图所示，设光线的入射角为α，出射角为β，解得α＝60°由几何关系可知β＝30°(2)光从入射点传播到光屏所用的时间。返回全反射><考点二1.光密介质与光疏介质介质光密介质光疏介质折射率大小光速小大相对性若n甲＞n乙，则甲相对乙是

介质若n甲＜n乙，则甲相对乙是

介质光密光疏2.全反射(1)定义：光从

介质射入

介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全

，只剩下反射光的现象。说明：入射角增大的过程中，折射光的能量

，反射光的能量

，当发生全反射时，反射光的能量最强。光密光疏消失减少增加(2)条件：①光从

介质射入

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，由n＝

得sinC＝___。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。光密光疏大于或等于3.全反射的应用(1)全反射棱镜(2)光导纤维说明：内芯相对于外套为光密介质，内芯的折射率大于外套的折射率。1.光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质。(

)2.密度大的介质为光密介质，密度小的介质为光疏介质。(

)3.只要入射角足够大，就能发生全反射。(

)4.光线从光疏介质进入光密介质，入射角大于等于临界角时发生全反射现象。(

)√×××例4

(2024·江苏常州市期末)如图所示，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，该材料的折射率n＝2，圆弧半径为R的

圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形。在D处有一点光源，只考虑首次从圆弧直接射向AB、BC表面的光线，求：(1)该透明材料的临界角；答案30°可知临界角为C＝30°(2)有一部分光不能从AB、BC面直接射出，这部分光照射圆弧的弧长。如图所示，若沿DE方向射到AB面上的光线刚好发生全反射，则∠ADF＝30°同理沿DG方向射到BC面上的光线刚好发生全反射，则∠CDH＝30°例5

(2023·江苏省昆山中学模拟)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t1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t2从另一端射出。则内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为√返回光的折射和全反射的综合应用><考点三例6

(2023·湖北卷·6)如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为√例7

(2023·江苏省盐城中学期末)如图所示，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O点以角度i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射。已知θ＝15°，BC边长为2L，该介质的折射率为

。求：(1)入射角i；答案45°

根据全反射规律可知，光线在AB面上P点的入射角等于临界角C，由折射定律得sinC＝

①代入数据得C＝45° ②设光线在BC面上的折射角为r，由几何关系得r＝30° ③根据光的折射定律n＝

④联立③④式代入数据得i＝45° ⑤在△OPB中，根据正弦定理得⑥设从入射到发生第一次全反射所用的时间为t，光线在介质中的传播速度为v，得

＝vt ⑦⑧返回课时精练训练1光的折射、全反射训练2光的折射和全反射的综合应用1.由两种不同单色光组成的一束复色光，沿图示方向从空气射向圆柱形玻璃砖，经过玻璃砖两次折射后射出，可能的光路是123456789101112√13123456789101112132.(2023·江苏南通市检测)“水流导光”实验装置如图所示，长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出形成弯曲不散开的水流，用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察实验现象。则A.减小激光的强度，“水流导光”现象更明显B.改用频率更低的激光，“水流导光”现象更

明显C.改用折射率较大的液体，“水流导光”现象

更明显D.随着瓶内清水高度的降低，“水流导光”现象更明显123456789101112√13减小激光的强度，激光全反射的临界角不变，现象不会改变，故A错误；改用频率更低的激光，激光全反射的临界角变大，“水流导光”现象减弱，故B错误；改用折射率较大的液体，激光全反射的临界角变小，“水流导光”现象更明显，故C正确；123456789101112随着瓶内清水高度的降低，则从孔中射出的水流速度会变小，水流轨迹会变得弯曲，激光在水和空气界面处的入射角会变小，“水流导光”现象会减弱，故D错误。133.(2023·湖南卷·7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，下列说法正确的是A.水的折射率为B.水的折射率为sin49°C.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°D.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

向与水面夹角大于60°√12345678910111213123456789101112当他以α＝60°向水面发射激光时，入射角i1＝30°，则根据折射定律有折射角i2大于30°，则岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°，C正确，D错误。134.(2023·江苏卷·5)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会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是√12345678910111213由n1sinθ上＝n2sinθ下可知，越靠近地球表面，空气的折射率越大，从光疏介质射入光密介质的光路如图所示，随着折射率不断变大，太阳光不断向法线方向偏折，A正确。123456789101112135.如图甲所示，一细束白光通过某种特殊材料制成的三棱镜发生色散。图乙是其光路平面图，已知三棱镜的截面为等边三角形，白光由M点入射，入射角α＝60°，其中红光对应的该材料的折射率为n＝

则红光通过三棱镜后的出射光线与M点入射光线的夹角为

A.30°

B.45°

C.60°

D.75°123456789101112√13123456789101112136.(2021·江苏卷·7)某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于AC面射入，可以看到光束从圆弧面ABC出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为A.1.2

B.1.4

C.1.6

D.1.8√12345678910111213画出激光束从玻璃砖射出时恰好发生全反射的入射角如图所示，123456789101112联立解得n＝1.2，故A正确，B、C、D错误.137.(2024·江苏苏州市统考)如图所示，一束复合光垂直玻璃砖界面进入球形气泡后分为a、b两种色光，下列说法正确的是A.a光的频率比b光的频率小B.a光更容易观察到衍射现象C.a、b两种色光照射同一种金属，a光更容易发

生光电效应D.若仅将入射点上移，则b光先发生全反射123456789101112√13从光密介质进入光疏介质时，a光的折射角大于b光的折射角，则可知a光的折射率大于b光的折射率，而折射率越大，光的频率越大，因此可知a光的频率比b光的频率大，故A错误；由于a光的频率比b光的频率大，根据c＝λν可知，123456789101112光的频率越大，其波长越短，而波长越长衍射现象越明显，因此可知，b光更容易观察到衍射现象，故B错误；13由于a光的频率比b光的频率大，根据Ek＝hν－W0可知，频率越大，越容易发生光电效应，因此可知，a、b两种色光照射同一种金属，a光更容易发生光电效应，故C正确；入射点上移后，入射光线与法线之间的夹角变123456789101112大，而根据全反射的临界角与折射率之间的关系sinC＝

可知，折射率越大，临界角越小，越容易发生全反射，而a光的折射率大于b光的折射率，因此可知，若仅将入射点上移，则a光先发生全反射，故D错误。138.(2022·江苏卷·12)如图所示，两条距离为D的平行光线，以入射角θ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n；123456789101112答案tanθ13设折射角为γ，根据几何关系可得γ＝90°－θ123456789101112联立可得n＝tanθ13(2)两条折射光线之间的距离d。123456789101112答案Dtanθ如图所示根据几何关系可得139.(2023·江苏南通市期末)如图为半圆柱体玻璃的横截面OBCD，OD为直径。一束复色光沿AO方向从真空射入玻璃，光线分别从B、C点射出。下列说法正确的是A.B、C光线的折射率nB<nCB.光线在玻璃中传播时间tOB>tOCC.光线在玻璃中传播时间tOB<tOCD.光线在玻璃中传播时间tOB＝tOC123456789101112√13从B点射出的光线在O点折射时光的传播方向偏折大，说明玻璃对从B点射出的单色光折射率大，则有nB>nC，故A错误；设光在O点折射时入射角、折射角分别为i、r，根据折射定律有n＝123456789101112又根据几何关系，光从O到射出玻璃的光程为L＝2Rsinr13可见光在玻璃中的传播时间与折射光线方向无关，则光线在玻璃中传播时间满足tOB＝tOC，故B、C错误，D正确。1234567891011121310.(2023·江苏省南京师大附中模拟)如图所示为科学家用某种透明均匀介质设计的“光环”，圆心为O，半径分别为R和2R。AB部分是超薄光线发射板，发射板右侧各个位置均能发射出水平向右的光线，发射板左侧为光线接收器。通过控制发射光线的位置，从C位置发射出一细光束，发现该光束在“光环”中的路径恰好构成一个正方形，且没有从“光环”射出，光在真空中的速度为c。下列说法正确的是A.只有从C位置发射的细光束才能发生全反射B.该光束在“光环”中走过的路程为8RC.“光环”对该光束的折射率可能是1.5D.该光束在“光环”中传播的时间可能是123456789101112√1312345678910111213A.4s B.6sC.8s D.10s123456789101112√13由题意可知，当小蝌蚪反射的光在荷叶边缘上发生全反射时，则在水面上看不到小蝌蚪，如图所示O为圆形荷叶的圆心，P、Q为荷叶直径上两端点，H、K分别位于P、Q的正下方。小蝌蚪向前游动，先到达K点，而后到B点，设BQ与竖直方向QK的夹角为全反射的临界角C，而后小蝌蚪继续游动到A点，设AP与竖直方向PH的夹角为全反射的临界角C，则由对称性可知，KB＝AH。当小蝌蚪在BA段游动时，其发出的光线到达P、Q后会发生全反射，在水面之上看不到小蝌蚪。12345678910111213123456789101112所以AB＝2R－2AH＝2×0.25m－2×0.15m＝0.2m1312.如图所示，“水滴形”透明体其纵截面由等边三角形和半圆形组成，三角形的三个顶点分别为A、B、C，边长为L。一束平行于BC边的光线入射到AB边上，只有BD区域的光线能够射入半球体，BD长度等于

不考虑反射，

＝3.6。光在真空中的传播速度为c，求：(1)该“水滴形”透明体的折射率；123456789101112答案1.813123456789101112从D点入射的光线，恰好从C点射入半球体，光路如图所示设折射角为θ，由正弦定理有13(2)折射光线在半球体中传播的最长时间。123456789101112依题意，可知光线在半球体中传播的最长路程为x＝Lcos(30°－θ)1313.(2023·江苏南通市二模)如图所示，棱长为2a的正方体玻璃砖，底面中心有一单色点光源O，从外面看玻璃砖的上表面刚好全部被照亮，不考虑光的反射。从外面看玻璃砖四个侧面被照亮的总面积为A.2a2 B.a2

C.2πa2 D.πa2123456789101112√13123456789101112由几何关系可知底面对角线的长度为玻璃砖的上表面刚好全部被照亮，设临界角为C，由几何关系可得点光源O在侧面的出射情况为一个半圆，设其半径为r，13123456789101112131.(2023·江苏省镇江第一中学检测)如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角θ＝60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则A.玻璃砖的折射率为1.5123456√D.光从玻璃砖到空气的全反射临界角为30°1234561234562.(2023·江苏淮安市二模)如图，半圆形玻璃砖可绕过圆心的轴转动，圆心O与足够大光屏的距离d＝

初始玻璃砖的直径与光屏平行，一束光对准圆心沿垂直光屏方向射向玻璃砖，在光屏上O1位置留下一光点，保持入射光方向不变，让玻璃砖绕O点顺时针方向转动时，光屏上光点也会移动，当玻璃砖转过30°角时，光屏上光点位置距离O1点为

10cm。求：(1)玻璃砖的折射率n；123456当玻璃砖转过30°角时，折射光路如图由几何关系可知入射角i＝30°123456那么折射角r＝θ＋i＝60°(2)当光屏上光点消失时，玻璃砖绕O点相对初始位置转过的角度α的正弦值。1234563.(2022·全国甲卷·34(2))如图，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。123456设光线在AB面的折射角为θ，则有sin60°＝nsinθ，由题知，光线经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，1234564.(2023·江苏省盐城中学开学考)如图所示，横截面为直角梯形的透明体ABDE折射率为

∠BAE和∠AED均为90°，AE边界上的O点与A点距离为a，一束激光从O点与AE成45°的夹角射入透明体，能传播到AB边界，已知真空中光速为c，求：(1)