2024年高考物理总复习第一部分知识点梳理第十四章光第1讲光的折射、全反射

第1讲光的折射全反射

整合教材-夯实必备知识

一、光的折射定律折射率（选一第四章第1节）

1.折射现象:如图1,光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回

到第1种介质，这个现象叫作光的反射;另一部分光会进入第2种介质，这个现象叫作光的折射。

介质1，

入射光线反射光线

、折射光线

光的反射和折射同时发生

图1

当AJW■芜线3行决线

由外质】射入介•府2,

入射角为零度，折时

范线蚤没有改变相辂

方向,但光的传珞速

度发生改变，也属于

折射。

2.折射定律

内容: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西侧;

入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

3.折射率

⑴物理意义：折射率反映介质的光学特性，折射率大,说明光从真空射入到该介质时偏折兔大,

反之偏折角小。如图，组成白光的7种色光中，紫光的折射率最大，偏折角最大。

⑵定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介

质的绝对折射率，简称折射率。

⑶定义式:上列粤。

计算臬种公而的绝对折豺率时，公太中的

&、夕2分别是指其空中和介质中的饱度，

0｝不一定是入豺自，也可能是折时甭。

⑷计算公式：炉5因故任何介质的折射率总大于1。

二、全反射（选一笫四章第2节）

1.定义：光从光蜜介质射入光琉介质，当入射角增大到某一角度时,折射光线消失，只剩下反射

光线的现象。

.......）

八豺角逐新增大过程中，反斜羌能量逐渐

增张，折时关能量逐渐猴弱。

2.条件：

（1）光从光密介质射向光疏介质。

（2）入射角大于或等于临界角。

3.临界角：折射角等于90°时的入射角。若光从企质（折射率为力射向真空或空气时，发生全

反射的临界角为C,则sin64。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。

4.应用实例：光导纤维、全反射棱镜

内志的折射率大于小A的折JH■率

【质疑辨析】

角度1光的折射、折射率

⑴光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发生改变。（X）

⑵由小当可知折射率与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比。（X）

sin%

⑶不同色光以相同入射角从空气进入某种介质，折射率越大的色光，折射角越大。（X）

⑷玻璃的折射率通常是1.518,因此玻璃一定是光密介质。（X）

角度2全反射

⑸只要入射角足够大，就一定可以发生全反射。（X）

⑹光从光疏介质斜射入光密介质，折射角一定不大于临界角a（v）

⑺无论是光的反射，还是光的折射，光路都是可逆的。（v）

精研考点-提升关键能力

考点一折射定律折射率（核心共研）

【核心要点】

1.折射率的三种计算方法

方法一：根据公式〃=盆计算总是真空

中的光线与法线间的夹角,连总是介质中的光

线与法线间的夹角。_______________________

八［方法二：当题目中出现“恰好”“刚好”发

伤右生全反射的情境,可根据公式片忐计算。

I率的j—,

W9方法三：根据公式〃=9=等计算。

V2介陇

2.折射率的三点说明：

⑴折射率只由介质本身的光学性质和光的频率决定，与入射角出、折射角外无关。同一种介

质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。

⑵由无£可计算光的折射率，〃是光从真空射入某种介质的折射率。

V

⑶光从一种介质进入另一种介质时频率不变，波长改变，光速改变，可以根据k/if和评判

V

断。

【典例剖析】

角度1光的折射

［典例1］（2023•江苏选择考）地球表面附近空气的折射率随高度修低而增大，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（）

【题眼破译】一一提升信息提取能力

信息一太阳光斜射入地面的情境是光从光疏介质进入光密介质。

【解析】选A。由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，则〃下>〃上，则。下逐渐减

小.画出光路图如图

则从高到低，下逐渐减小，则光线应逐渐趋于竖直方向，故选A。

【备选例题】

用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点。和两出射点

只0恰好位于光盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分别为入射光束外反射光束虫

出射光束。和d,已知光束a和人间的夹角为90°,则（）

A.光盘材料的折射率〃二2

B.光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二

C.光束。、。和d的强度之和等于光束a的强度

D.光束c的强度小于。点处折射光束。的强度

【解析】选D。如图所示，由几何关系可得入射角为六45。，

0

折射角为『30°,根据折射定律有〃二唠一交板,A错误；片错误；因为在。处光还有

sin30in2

2

反射光线，光束A。和d的强度之和小于光束d的强度,C错误；光束c的强度与反射光束掰

强度之和等于折射光束8的强度,D正确。

角度2折射定律的应用

［典例2］（2023♦浙江1月选考）如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光

束从直角边力8以角度。入射，依次经力。和a'两次反射，从直角边力。出射。出射光线相对于

入射光线偏转了。角，则。（）

A等于90°

B.大于90°

C.小于90°

D.与棱镜的折射率有关

【解析】选A。如图所示

设光线在比边的入射角为。，光线在力。边的入射角为Y,折射角为了;由反射定律和几何知识

可知£+0=45°,£+2。+y=90°,联立解得片£

根据折射定律可得包L当二〃，可得i=。，过〃点作出射光线的平行线，则该平行线与力3的夹

sinysin/?

角为，，由几何知识可知，入射光与出射光的夹角为90°,故选A。

【方法技巧】>解决光的折射问题的“三步骚一注意”

⑴三步骤

①根据题目情境画出光路图。

②画出介质分界面的法线，利用几何关系（往往寻找一个三角形）确定光路中的入射角、折射角。

③根据折射定律/尸吟、折射率公式求解.若要求传播时间，还需计算出传播路程及速度c

sin^2v

⑵一注意

注意折射定律炉当中%是空气或真空中的角度，即是另一介质中的角度。

s\nO2

【备选例题】

如图甲所示，一个储油桶的底面直径为1.6m,高为1.2m,当桶内没有油时，从离桶口高

0.6m的力点恰能看到桶底边缘的某点反当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿48方向看，

恰好看到桶底上的点。，氏。两点相距0.35m。

乙

⑴求油的折射率;

答案：（1寸

«5

【解析】（1）如图1所示

由题意可知tanN/Q"0.8m4

0.6m3

故N/l〃『53°

由几何关系可得

0.45m_3

tanZCO2

0.6m4

故NC0作37°,

⑵若在桶内继续加油，仍沿"方向看，能否看到底部中心〃点？若能，请求出加入油后，油的深

度;若不能，请说明理由。

答案：（2）不能看到〃点，理由见解析

【解析】（2）若在桶内加满油，如图2所示

结合⑴分析可知/m53。，/嗡球谷

可知/£阶37°,tanN以件空■

即吩0.9m>0.8m,故不能看到〃点。

考点二全反射（核心共研）

【核心要点】

全反射的理解

1.全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大

的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱；当入射角等于临界角时，折射光的

能量已经减弱为零，这时就发生了全反射。

2.如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。

3.光的全反射现象遵循光的反射定律，光路是可逆的。

4.不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界

角也不同。

【典例剖析】

角度1全反射的理解及计算

[典例3]（2023•湖北选择考）如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°,“边上的点光

源S到顶点〃的距离为d,垂直于少边的光线SV在制边的折射角为45°。不考虑多次反射，OQ

边上有光射出部分的长度为（）

A・豺B・*C.dD.d

【思维流程】A

垂直于8边的光线SV在。。边的折射角为45°

□

计算光在玻璃中的折射率〃

□

计算光从玻璃射入空气发生全反射的临界角

U

寻找临界光线，确定有光出射部分的长度

【解析】选C。设光线在制界面的入射角为。，折射角为£，由几何关系可知。=30°,则由折

射定律可知炉列更二a,光线射出。。界面的临界条件为发生全反射，光路图如图，其中OBLCSQ

光线在力、8两点发生全反射，由全反射定律可知sin小「自

n2

即46两处发生全反射的临界角为45。"6之间有光线射出，由几何关系可知

AB=2AC=2CS=OS=d,故选C。

角度2全反射的应用

［典例4］（多选）如图是一根长为/的光导纤维，由内芯和包层两层介质组成，其折射率分别为

“「和"2’若发生全反射的临界角为0①,光在真空中的速度为Co一束光从它的一个端面射入，

又从另一端面射出，下列说法中正确的是（）

包层

内芯

A.77I</72

B.内芯的折射率〃尸上

sin0

C.77]>??2

D.光在其中传播的最殳时间②为巴

【题眼破译】一一提升信息提取能力

信息①f光从内芯折射进入包层的临界角为。，不等于光从内芯进入真空发生全反射的临界

角。

信息②f光在内芯中传播的速度一定，时间最长时对应路程最大。

【解析】选C.Do发生全反射的条件:从光密介质到光疏介质，入射角大于或等于临界角；欲

使光在折射率为h和〃2的界面上发生全反射，需有〃）出故A错误,C正确；若光从内芯射入真

空，发生全反射临界角为，，则有〃尸刍，而包层折射率融不等于真空折射率，所以B错误；光在

sin。

内芯中传播的最长路程为产’2,传播速度为片工,故最长时间为正确。

sin。vcsin0

考点三光的折射和全反射的综合应用（核心共研）

【核心要点】

平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体（球）对光路的控制特点

项目平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球）

玻璃砖上下表面是平行

结构横截面为三角形的棱镜横截面是圆

的

对光

线的

圆截面的法线是过圆心的

通过三棱镜的光浅经两次

作通过平行玻璃砖的光线

直线，光线经过两次折射

折射后，出射光线向棱镜

用不改变传播方向，但要发

后向圆心偏折

底面偏折

生侧移

应用测定玻璃的折射率改变光的传播方向

全反射棱镜，改变光的传

播方向

【典例剖析】

［典例5］随着望远镜技术的发展，屋脊棱镜结构的望远镜应运而生，“直角屋脊棱镜”或“阿

米西棱镜”，可回转和反转图像以及以90。偏转光线，以保持正确的视觉方向。如图所示为屋

脊棱镜的横截面图，一单色光从面的P点射入后，在，仍面恰好发生全反射，然后从切面的

N点射出，且出射光线与在〃点的入射光线垂直。

⑴画出棱镜中完整的光路图;

答案：（1）见解析图

【解析】（1）光路图如图所示。

⑵求折射率〃以及入射角7o

答案：（2）炉V5,i=45°

【解析】（2）因为在2点的入射光线与在N点的出射光线相互垂直且N氏90°,所以根据几何

关系可得i=r,则/+〃二］

在四边形DPMN中有］+；+£+（；-£）+2尸2Ji

解得厂;

4

因为光线在/仍面恰好发生冬反射,则sin广、解得

在四边形用侬中，/孙庐135°,/阳仪60。，乙留用135°

则8二上,sini=/7•sin^=—,解得7=45°

62

【备选例题】

（2022・河北选择考）如图，一个半径为"的玻璃球,。点为球心。球面内侧单色点光源S

发出的一束光在力点射出，出射光线46与球直径SC平行，0=30°o光在真空中的传播速度

为。。求:

AB

O

⑴玻璃的折射率；

答案：（1）73

【解析】（1）根据题意将光路图补充完整，如图所示

根据几何关系可知上二。二30°./k60°

根据折射定律有/7sin/,二sinE,解得/尸V5

⑵从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。

【解析】（2）设全反射的临界角为G则sineLf

n3

光在玻璃球内的传播速度有尸?

根据几何关系可知当0=45°,即光路为圆的内接正方形时，从S发出的光线经多次全反射回

到S点的时间最短，则正方形的边长外企彳

则最短时间为仁把二空依

VC

［典例6］（多选）如图甲所示，一透明材料制成的空心球体，内