2025年高考物理一轮总复习：光的折射、全反射

第十四章

光学

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课标要求备考策略

1.通过实验，理解光的折射定律。

光的折射、全反射是近几年高考

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

的命题热点。以实际情景为背景

生产生活中的应用。

命制的试题，重点考查学生的建

3.观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生

模能力，灵活处理和应用有效信

活中的应用。知道光是横波。

息的能力；理解光的折射、全反

4.通过实验，了解激光的特性。能举例说明激光技术在生产生活中的应用。

射规律，养成规范的作图习惯，

实验十六：测量玻璃的折射率。

有意识地解决相关实际问题

实验十七：用双缝干涉测量光的波长

第1讲光的折射全反射

考点一折射定律的理解与应用

基础梳理

1.折射定律

(1)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两侧；入射角

的正弦与折射角的正弦成正比。

(2)如图所示，表达式：粤=〃12("12为比例常数)。

sin02

2.折射率

(1)定义式：”=普。

sin02

(2)计算公式：«=-0因为v<c,所以任何介质的折射率都大于1

V------------------

。判断小题

1.无论是光的折射，还是反射，光路都是可逆的。N)

2.入射角越大，折射率越大。(X)

3.若光从空气射入水中，它的传播速度一定增大。(X)

4.根据V*可知，光在介质中的传播速度与介质的折射率成反比。W)

n

深化理解

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，也反映了光在该介质中传播速度的大小，即v=£。

n

(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。

①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小。

②同一种光，在不同介质中，虽然波速、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

发生折射。

对点训练

1.【三角形坡璃砖】一块玻璃砖的横截面为直角三角形，如图所示，ZA=30°,ZABC=90°,直角边A8的长度为

/o一束蓝光平行于A8从斜边AC上的P点射向玻璃砖，AB与BP夹角9=60。，光线经AC面折射后从面上的

。点射出。已知该玻璃砖对蓝光的折射率"=%,真空中的光速为c,则蓝光从P点传播到Q点所用时间为

()

A.-

2c

C.-

C

解析：A作出光路图如图所示,

由几何关系可得，光在AC面上的入射角为0=60。

根据折射定律得”=陋=百

sma

解得a=30。

根据几何关系可得「。=誓桨=当

2cos3006

该蓝光在玻璃砖中的传播速度v=£=fc

n3

所以蓝光从P点传播到。点所用时间看子=?，故选A。

2.【圆形玻璃砖】现要测量一玻璃圆盘的折射率，但是由于手边没有角度测量工具，一同学想到用表盘辅助测量。

使一束单色光从11点处水平射入，发现从7点处水平射出，则玻璃折射率〃为()

解析：D根据题意，由折射定律和反射定律画出光路图，如图所示，由几何关系可得，光线在11点处的入射角

为60。，折射角为30。，则折射率为"=珠=百，故选D。

3.【柱状玻璃砖】一个柱状玻璃砖的横截面如图所示，它可视为由半径为R的四分之一圆OPQ与直角三角形OPM

组成，ZOPM=9Q°,NOMP=60。。现有一束单色光从。M边上的S点以入射角7=45。射入玻璃砖，折射光线与

。。平行，再经圆弧界面反射后从N点垂直边界OQ射出。已知光在真空中的速率为c,则（）

A.该单色光在玻璃砖材料中的折射率为小

B.ON=­R

2

C.OS=­R

3

D.该单色光在玻璃砖材料中的传播时间为（2+苧）£

解析：C从N点将光线反向延长交圆弧于E点，连接SE,得到玻璃豉内的光路如图所示,

折射光线与。。平行，由几何关系可知折射角为r=30。，则折射率为〃=黑素=鱼，故A错误；因。尸、NE都垂

直。。，所以。尸〃NE,则有a=0,a=p,0+。=90。，可得a=p=45。，则有ON=Rsin45。=乎R,。5=弓鬻=

争?，故B错误，C正确；该单色光在玻璃砖材料中的传播距离为x=2Rsin45o+OSsin30o="+g）R,所以该

单色光在玻璃砖材料中的传播时间为f=；=?=（2+日）（故D错误。

4.【液体中的折射】（2022.湖北高考14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2位置，A位置和B位置的水平距离为d,A位置离水面的高度为|d。训练员将小球向

左水平抛出，入水点在B位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为0。小球在A位置发出的一束光线经

水面折射后到达B位置，折射光线与水平方向的夹角也为。。已知水的折射率”=%求：

(1)tan0的值;

（2）3位置到水面的距离H。

答案：⑴,⑵募

解析：（1）由平抛运动的规律可知1=^

|“=筑

tan0=—

%

解得tan

（2）由tan0=］可知0=53。，设从A点射到水面的光线的入射角为％折射角为90。一。=37。，则由折射定律可知

几=笔，解得a=53。

sin37°

由几何关系可知Htan37°+|dtan53°=d

解得“弟

考点二光的折射与全反射的综合问题

基础梳理

1.定义：光从光密介质射入光疏介质时,当入射角增大到某一角度，折射光线消失，只剩下反射光线

的现象。

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。若光从介质（折射率为"）射向真空或空气时，发生全反射的临界角为

C,由”=驾，得sinC=工。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。

4.应用：光导纤维

光导纤维的原理是利用光的全反射（如图）。

。判断小题

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。(4)

2.只要入射角足够大，就能发生全反射。(义)

3.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。(X)

深化理解

分析综合问题的基本思路

(1)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或等于临界角，明确是否会发生全反射现象。

(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，然后结合几何知识推断和

求解相关问题。

【例】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4B

两个大头针确定入射光路，C、。两个大头针确定出射光路。P和。分别是入射点和出射点，且如图

(b)所示。测得半圆柱体的半径R=5cm,0P=1cm,DQ=4cm,。到法线OQ的距离DG=2cm。已知光速c

=3.0X108m/so

QO

器

OLJ

图(a)

(1)求该透明介质的折射率和光在该介质中传播的速度大小;

(2)实际测得封装二极管的半球直径d=5mm,发光二极管的发光面是以EE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7■最大应为多大?

答案：(1)2.51.2X108m/s(2)1mm

解析：(1)设NDQG为i,/OQP为r,由几何关系sini=得，sin厂=会

由折射定律〃=驯

sinr

代入数据解得〃=2.5

由〃=£可得v=1.2X108m/So

V

(2)设石点发出的光线ES、ET与法线的夹角分别为。和a,ESLEF,光线为任一光线，过。点向ET作垂线

OZ,设OZ为h,则sina=.sin

又〃<厂，所以sinaVsinO

可得a<9

即光线在ES的入射角最大。分析可知，0达到临界角时r最大，此时sin9=5=L

Rn

解得r=lmmo

r对点Ml练l

1.（2023・湖北高考6题）如图所示，楔形玻璃的横截面尸0Q的顶角为30。，0P边上的点光源S到顶点。的距离为

d,垂直于OP边的光线SN在边的折射角为45。。不考虑多次反射，O。边上有光射出部分的长度为

解析：C由几何知识知，入射光线SN的入射角为30。，折射角为45。，则楔形玻璃对该光源发出的光线的折射率

〃=嘿=鱼，设光在楔形玻璃中发生全反射的临界角为C,则有sinC=L=乎，所以C=45。，当光从S射到。。

边的入射角小于45。时光都可射出，则。。边上有光射出部分的长度L=2普黑=d,C正确，A、B、D错误。

2.（多选）（2024•九省联考河南）如图，将一平面镜置于某透明液体中，光线以入射角1=45。进入液体，经平面

镜反射后恰好不能从液面射出。此时，平面镜与水平面（液面）夹角为a,光线在平面镜上的入射角为|3。已知该

液体的折射率为下列说法正确的是（）

Af=30。

B.p=37.5o

C.若略微增大a,则光线可以从液面射出

D.若略微减小i,则光线可以从液面射出

解析：BD根据胆=%解得光线在射入液面时的折射角为厂=30。，光线经平面镜反射后，恰好不能从液面射

smr

出，光路图如图

有sinC=，解得NC=45。，由几何关系可得20+（90。-r）+（90。一C）=180°,解得「=37.5。，故A错误，B

正确；若略微增大a,则光线在平面镜上的入射角P将变大，根据上面分析的各角度关系可知光线射出液面的入射

角变大，将大于临界角，所以不可以从液面射出，故C错误；同理，若略微减小i,则/■减小，导致光线在平面镜

上的入射角B减小，可知光线射出液面的入射角变小，将小于临界角，可以从液面射出，故D正确。

考点三光路控制光的色散现象

（深化理解.

1.常见元件对光路的控制

类别

平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球）

项目

结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形横截面是圆

三棱镜圆柱体（球）

圆界面的法线是过圆心的直

线，光线经过两次折射后向

通过平行玻璃砖的光线不改变传

圆心偏折

播方向，但要发生侧移后，出射光线向棱镜底边偏折

全反射棱镜，改变光的传播方

应用测定玻璃的折射率改变光的传播方向

向

2.各种色光的比较分析

颜色红、橙、黄、绿、青、蓝、紫

频率V低一高

同一介质中的折射率小一大

同一介质中的速度大一小

同一介质中的波长大一小

通过同一棱镜的偏折角小一大

同一介质中的临界角大一小

同一装置的双缝干涉条纹间距大一小

对点训练

1.【全反射棱镜对光路的控制】自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面

的光照反射回去。某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角三棱镜（折射率〃〉鱼）组成，棱镜的横

截面如图所示。一平行于横截面的光线从。点垂直边射入棱镜，先后经过AC边和边反射后，从AB边的

。'点射出，则出射光线是（）

入射光线

①

出射光线

④③

A.平行于AC边的光线①

B.平行于入射光线的光线②

C.平行于CB边的光线③

D.平行于边的光线④

解析：B光线从O点垂直AB边射入棱镜后经AC边和CB边反射，平行于入射光线从。点射出，故B正确。

2.【三棱镜的色散】（多选）如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三

棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的油间形成一条彩色光带。下列说法中正确的是（）

A.a侧是红光，6侧是紫光

B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长

C.三棱镜对。侧光的折射率大于对b侧光的折射率

D.在三棱镜中。侧光的速率比。侧光小

解析：BCD由题图可以看出，。侧光偏折得较厉害，三棱镜对。侧光的折射率较大，所以a侧光是紫光，波长较

短，6侧光是红光，波长较长，A错误，B、C正确；又丫=:所以三棱镜中a侧光的传播速率小于匕侧光的传播

n

速率，D正确。

3.【平行玻璃砖的色散】如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为八6两束单色光。如果光束6是蓝光，

则光束。可能是（）

A.红光B.黄光

C.绿光D.紫光

解析：D由题图可知，光束a的折射角小，根据〃=里知，光束a的折射率大于光束b的折射率，频率越大，折

sinr

射率越大，且已知光束6是蓝光，选项中频率大于蓝光频率的只有紫光，故光束。可能是紫光，D正确。

|广度

蜃景与霓虹

【典例1】（2024•江苏南京模拟）我国唐朝张志和在《玄真子》一书中指出：“背日喷乎水成虹霓之状”，宋

朝蔡卞在《毛诗名物解》中同样提到：“以水喷日，自侧视之，则晕为红霓”。上面引述的意思是：背着太阳向

空中喷水，从侧面观察，可以看到霓虹现象。虹是射向水珠的太阳光经过两次折射和一次反射发生色散形成的，

水珠的形状可看作球形，下列关于虹的光路正确的是（）

太阳光太阳光

AB

太阳光太阳光

CD

答案：D

解析：红光的折射率最小，折射程度最小，临界角最大，第一次折射时，红光在最上，反射时，红光在最下，第

二次折射时，最下为红光，依次为红、黄、蓝、紫，故选D。

【典例2】如图甲所示，夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰船舶、楼台、亭阁、集市等

出现在远方的空中。如图乙所示，沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可即，这就是

“蜃景”。下列有关蜃景的说法错误的是（）

A.海面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要小

B.沙面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要小

C.A是蜃景,B是景物

D.C是蜃景，。是景物

答案：B

解析：海面上，下层空气的温度比上层的低，密度比上层的大，故海面附近的空气折射率从下到上逐渐减小，光

线向上射，人眼逆着光有时会看到空中楼阁，这是蜃景；沙面上，下层空气的温度比上层的高，密度比上层的

小，故沙漠地表附近的空气折射率从下到上逐渐增大，光向下射时，人眼逆着光有时会看到远处的水源、仙人

掌，这是蜃景。故A、C、D正确，与题意不符；B错误，与题意相符。故选B。

跟踪训练巩固提升

基础练

1.（2023•江苏高考5题）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（）

解析：A地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大,太阳光斜射向地面过程中，某分界面上折射角小于入射

角，光线随高度降低，越来越靠近法线，A正确，B、C、D错误。

上方空气

下方空气高度降低

折射率n变大

2.（2024•江苏南京模拟）图为“水流导光”实验装置。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，观察到激光束没有完全被限

制在水流内传播，下列操作有助于激光束完全被限制在水流内传播的是（）

A.增大该激光的强度

B.向瓶内再加适量清水

C.改用频率更低的激光

D.改用折射率更小的液体

解析：B增大该激光的强度，激光的临界角不变，现象不会改变，故A错误；当向瓶内加一些清水，则从孔中

射出的水流速度会变大，水流轨迹会变得平直，激光在水和空气界面处的入射角会变大，则会有大部分光在界面

处发生全反射，这种现象相当于光导纤维的导光现象，故B正确；水从小孔流出形成弯曲的水束，激光没有完全

被限制在水束内，是因为光从水射向空气的入射角小于临界角，出现折射现象，当换用频率更低的激光，临界角

变大，更不容易发生全反射，将有更多激光不能被限制在水流内传播，故C错误；改用折射率更小的液体时，临

界角变大，更不容易发生全反射，将有更多激光不能被限制在水流内传播，故D错误。

3.（2024•山西太原模拟）如图所示，我国航天员在天宫课堂上演示了微重力环境下的神奇现象。液体呈球状，往

其中央注入空气，可以形成一个同心球形气泡。假设液体球与气泡半径之比为5：2,当细光束以37。的入射角射

入液体球中，折射光线刚好与其内壁相切，sin37。取0.6。该液体的折射率为（）

A.1.2B.1.3

C.1.4D.1.5

解析：D作出光路图，如图所示，设液体球与气泡半径分别为“、2a,该液体的折射率为"=随经=怨=1.5,

Ma於

故选D。

4.（多选）一束光在光导纤维中传播的示意图如图所示，光导纤维对该束光的折射率为“，光导纤维的长度为L

图中该束光刚好在光导纤维与空气的交界面处发生全反射。已知空气对该束光的折射率为1,光在真空中传播的速

度为c,下列说法正确的是（）

A.光导纤维对该束光的折射率n>1

B.光导纤维对该束光的折射率n<\

C.该束光在光导纤维中传播的时间为中

D.该束光在光导纤维中传播的时间为上

nc

解析：AC由于光发生全反射的条件之一是光由光密介质射入光疏介质，所以光导纤维的折射率比空气的折射率

大，即w>l,故A正确，B错误；该束光在交界面处发生全反射的临界角C的正弦值为sinC=3该束光在光导

n

纤维中的传播速度为v=-,v在沿光导纤维方向的分量为Vi=vsin则该束光在光导纤维中传播的时间为f=

nnz

,故正确，错误。

%cCD

5.（2024•山东济南模拟）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，已知三棱镜的切面为等边三角形，白光由M点入射，入射角a=60。，其中红光对应的该材料的折射率为〃=

V3,则红光通过棱镜后的出射光线与M点入射光线的夹角为（）

解析：C设光线射到左侧面时的折射角为B，贝Ijsinp=¥=a可知P=3O。，由几何关系可知，光线射到右侧面

时的入射角为30。，则折射角为60。，由几何关系可知红光通过棱镜后的出射光线与M点入射光线的夹角为60。，

C正确。

6.虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照

射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成和尸。两条彩色光带，光路如图所示。M、N、P、。点的颜色

分别为

>Q

A.紫、红、红、紫B.红、紫、红、紫

C.红、紫、紫、红D.紫、红、紫、红

解析：A由题图可知，射到M点的光线进入玻璃球时的折射角小于射到N点的光线进入玻璃球时的折射角，所

以玻璃对射到M点的光的折射率大于玻璃对射到N点的光的折射率，故M点的颜色为紫色，N点的颜色为红色；

同理可得P点的颜色为红色，。点的颜色为紫色，所以A正确。

提升练

7.（2024•江苏宿迁一模）如图为直角棱镜的横截面，图中N%c=90。，be边距离顶点°足够远，现有某单色光以

入射角i=45。从成边射入，在ac边上恰好发生全反射，则该单色光在此棱镜中的折射率为（）

B.V2

C.叵D.V3

解析：A根据题意作出光路图如图,

a

根据折射定律有〃=酗，根据全反射临界角公式有W=白，根据几何关系有厂+C=90。，解得〃="，故A正

smrsmC2

确，B、C、D错误。

8.（2024・湖北武汉模拟）因为飞机的发动机喷出的高温尾流会使得飞机周围的空气经过机翼后膨胀降温，在飞机

表面形成一层水雾。阳光照射到水雾上，由于不同颜色的光折射率不同，就会形成七彩光芒。如图所示，将原理

简化并作出光路图。已知。光与界面的夹角为30。。6光的折射率为鱼，6光与法线的夹角为45。，光在空气中的

传播速度为c,水雾半球的半径为心。光在水雾半球中的传播时间（）

ADV3c

A.D.

cR

C.—D.—

3c3R

解析：A设入射角为。，对b光，由折射定律可知出=若，解得0=30。，对。光，由折射定律可知&=誓

sin0sm0

—V3,设〃光在水雾半球中传播的速度为Vq,由九a=£可知=则4光在水雾半球中的传播时间/='=

”故选A。

C

9.（2024•河南南阳模拟）如图所示，某透明材料的横截面是半径为R的半圆，为直径，。为圆心。尸为圆周上

的一点，P到A8的距离为fR；透明材料的折射率为弓，底面A8用吸光材料涂黑。入射光平行于A8射向圆面上

的尸点，经两次折射后射出。已知真空中的光速为c,求：

（1）出射光线与开始的入射光线间的夹角0;

（2）光通过透明材料的时间。

答案：（1）30°（2）也

C

解析：（1）设光在射入圆面时入射角为i,折射角为a,光路图如图所示,