第十四章 第1讲 光的折射、全反射

第十四章光学单击此处添加副标题第1讲光的折射、全反射考点1折射定律和折射率考点2光的折射和全反射的综

合应用考点3光路控制及色散现象练习帮练透好题精准分层目录Contents单击此处添加标题01单击此处添加标题02

课标要求1.通过实验，理解光的折射定律.会测量材料的折射率.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

产生活中的应用核心考点五年考情折射定律和折射率2023：江苏T5，全国乙T34(2)；2022：湖南T16(2)，江苏T12；2021：河北T16(2)，湖南T16(2)，浙江6月T12；2019：全国ⅠT34(2)核心考点五年考情光的折射和全反射的综

合应用2023：湖北T6，湖南T7，山东T16，浙江6月T13；2022：山东T7，河北T16(2)，广东T16(2)，辽宁T5，全国

乙T34(2)，全国甲T34(2)，浙江6月T8；2021：广东T16(2)，全国乙T34(2)；2020：全国ⅡT34(2)，全国ⅢT34(2)，浙江7月T13；2019：全国ⅢT34(2)光路控制及色散现象2023：浙江1月T13，全国甲T34(1)；2022：浙江1月T11；2021：海南T6核心素养对接1.物理观念：理解折射率、光的折射和全反射；进一步拓展对物理世界的认识和理

解，发展物理观念.2.科学思维：通过对物理现象进行分析和推理，建构物理模型，归纳总结得到光的

传播规律.利用数学几何知识求解全反射问题.3.科学探究：通过实验探究折射现象，分析实验数据，发现特点和规律，得出定量

结论.4.科学态度与责任：通过光及其应用的学习，认识科学的本质.通过学习光纤的应

用，激发造福人类的内在动力命题分析预测光的折射和全反射是高考必考点，题型有选择题

和计算题，难度较小或中等.预计2025年高考可能

会考查光的折射与全反射临界角在实际中的应

用，几何光学的临界问题.

考点1折射定律和折射率

1.折射定律同一平面

可逆法线2.折射率光学性质大于

1.皎洁的月光下，在清澈的湖面上我们能通过水面看到月亮的倒影.同时，月光能够

照亮水中的鱼和草，为什么？[答案]月光从空气射到水面时，一部分光折射进水中，另一部分光反射回到空气

中，这两部分光的去向分别遵循折射定律和反射定律.2.光由真空以相同的入射角射向不同的介质时，折射角是不同的，为什么？[答案]因为不同介质对光的折射率不同.

命题点1折射率的理解1.[多选]关于介质的折射率，下列说法正确的是(

BC

)C.折射率由介质本身及光的性质共同决定D.玻璃的折射率大于1，水的折射率小于1BC

命题点2折射定律的应用2.[2021河北]将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置，圆心上

下错开一定距离，如图所示.用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角

为θ.当θ＝60°时，A右侧恰好无光线射出；当θ＝30°时，有光线沿B的半径射出，射

出位置与A的圆心相比下移h.不考虑多次反射.求：(i)半圆柱体对该单色光的折射率；

(ii)两个半圆柱体之间的距离d.

方法点拨应用光的折射定律解题的一般思路1.根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整的光路图；2.充分利用光路图中的几何关系，确定各角之间的联系，根据折射定律求解相关的

物理量，如折射角、折射率等；3.注意在折射现象中，光路是可逆的.考点2光的折射和全反射的综合应用

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[6]

⁠介质若n甲＜n丙，则甲相对丙是[7]

⁠介质光密光疏

光密光疏消失小(3)全反射现象及应用发生条件全反射现象全反射应用①光由光密介质射向光

疏介质；②入射角大于或等于临

界角

全反射棱镜：全反射棱镜可以改变光路，如图

(3)全反射现象及应用发生条件全反射现象全反射应用①光由光密介质射向光

疏介质；②入射角大于或等于临

界角

光导纤维：由内芯和外套两层组成，内

芯的折射率比外套的大，光传播时在内

芯与外套的界面上发生全反射，如图(4)求解全反射问题的四点提醒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在全反射现象中，遵循光的反射定律，光路均是可逆的.④当光射到两种介质的界面上时，一般同时发生光的折射和反射现象，但在全反射

现象中，只发生反射，不发生折射，当折射角为90°时，实际上已经没有折射光了.

3.如图所示，自行车后面有尾灯，它虽然本身不发光，但在夜间行驶时，从后面开

来的汽车发出的强光照在尾灯上时，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到

前面有自行车.那么，自行车的尾灯利用了什么原理？[答案]利用了全反射的原理.4.如图所示，两束不同频率的平行单色光a、b从水射入空气(空气折射率为1)，发生

如图所示的折射现象(α＜β)，则：(1)水对a的折射率比水对b的折射率

⁠；小[解析]由于α＜β，则折射率na＜nb；(2)a、b两束光在空气中传播的速度大小

(填“相等”或“不相等”)，在水

中传播的速度大小关系为va

vb；相等＞

(3)随着a、b入射角的逐渐增大，

⁠先发生全反射；b

(4)当a、b入射角为0°时，光线不偏折，能否发生折射现象？[答案]能[解析]

当a、b入射角为0°时，光线虽然不偏折，但仍然发生折射现象.

命题点1光的全反射条件的理解3.[多选]如图所示，半圆形玻璃砖在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线均沿

半径方向由空气射入玻璃砖并到达玻璃砖的圆心位置.下列说法正确的是(

ACD

)A.若三条光线中只有一条光线在O点发生了全反射，那一定是aO光线B.若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射C.若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射D.若光线aO恰能发生全反射，则光线bO的反射光线比光线cO的反射

光线的亮度大ACD[解析]在玻璃砖圆心位置O处，光线aO的入射角最大，光线cO的入射角最小，它

们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能.如果只有一条光线发生了

全反射，那一定是aO光线，因为它的入射角最大，所以A正确.若光线bO能发生全反

射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO也一定能发生全反射，光线cO的入

射角可能大于临界角，也可能小于临界角，因此光线cO不一定能发生全反射，所以

C正确，B错误.若光线aO恰能发生全反射，光线bO和cO都不能发生全反射，但光线

bO的入射角更大，所以光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强，即光线bO的反

射光线的亮度较大，所以D正确.命题拓展命题情境不变，设问改变如图所示，两束频率不同的光束A和B分别沿半径方向射入半圆形玻璃砖，出射光线

都是OP方向，下列说法正确的是(

D

)DA.A光穿过玻璃砖所需的时间比B光长B.在玻璃中，B光的传播速度比A光的大C.光由玻璃射向空气发生全反射时，A光的全反射临界角比B光的小D.B光的频率比A光的频率高

[答案]

15.7m2

(2)将点光源S移到立方体底面ABCD中心，求S发出的光在立方体内传播的最长时间.

命题点3光在玻璃砖中的折射和全反射问题5.[2023湖北]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(

C

)C.dC

考点3光路控制及色散现象

1.常见的几种折射模型对光路的控制特点项

目平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)不规则图形结

构玻璃砖上下表

面平行横截面为三角

形横截面为圆上下两表面不平行项

目平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)不规则图形对

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

通过上表面折射后，在下表面

可能发生全反射，也可能不发

生全反射项

目平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)不规则图形应

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

播方向改变光的传播方向2.光的色散(1)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)七种色光的比较色光红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫波长依次减小频率依次增大由真空进入介质后，频率不变同一介质中的

波速依次减小同一介质中的

折射率依次增大，偏折程度逐渐明显同一介质中的

临界角

命题点1三棱镜的色散6.[多选]明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有

数棱则必有一面五色”.表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象.如图所示，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a、b间形成一条彩色光带，则下列说法正确的是(

BC

)A.a侧是红色光，b侧是紫色光B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长C.三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率D.在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率BC

A.汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射B.汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射C.汽车灯光斜向右面入射，一定会发生全反射D.为了提高安全性，制成尾灯的透明介质的折射率越大越好，折射率越大，

光进入介质后传播速度越大B

命题点3平行玻璃砖对光路的控制8.如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，分成a、b两束单色光，下列说法正确

的是(

D

)A.有可能单色光a是紫光，单色光b是黄光B.玻璃砖对单色光a的折射率大于对单色光b的折射率C.从玻璃砖中出射时，单色光a的出射角大于单色光b的出射角D.单色光a在玻璃砖中的传播速度大于单色光b在玻璃砖中的传播速度D

[解析]依题意，可画出光线在水球内的折射光线如图所示

(2)此单色光在水球内传播所用的时间.

1.[光路图选择/2023江苏]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(

A

)AABCD123456[解析]

1234562.[液体中光的传播/2023湖南/多选]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

(

BC

)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°BC123456[解析]α＝41°

1234563.[半圆形玻璃砖的光路问题/2022浙江1月]如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖

圆心O点，发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的.当入射光

束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时，b、c、d也会随之转动，则(

B

)A.光束b顺时针旋转角度小于ΔθB.光束c逆时针旋转角度小于ΔθC.光束d顺时针旋转角度大于ΔθD.光束b、c之间的夹角减小了2ΔθB123456

123456

A.在MQ边的折射角为60°B.在MN边的入射角为45°C.不能从MN边射出D.不能从NP边射出C123456

光线传播到NP边时入射角为30°，小于全反射临界角，故可以从NP边射出，D错误.123456

123456

解得r＝30°设AM间的距离为d，由几何关系可知∠ABD＝∠DBM'＝∠BM'M＝45°，∠AM'M＝15°则∠BAD＝30°

123456

123456

123456(2)被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照

亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次

的光线).

123456

123456

1.[2023河北保定质检/多选]如图所示，光在真空和某介质的界面MN上发生折射，

则由图可知(

BD

)A.光是从真空射入介质的B.光是从介质射入真空的BD12345678910111213

123456789101112132.经研究发现：空气的折射率大于1，并且离地球表面越近，大气层的密度越大，

折射率越大.假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大

气层的情况相比(

B

)A.将提前B.将延后C.一些区域提前，在另一些区域延后D.不变B12345678910111213[解析]若地球表面不存在大气层，太阳光将在真空中沿直线传播，由于地球是球

体，所以只有太阳升到某一位置时才能被观察到.而正因为地球表面存在大气层，太

阳光射入大气层时会发生折射现象，能够被人们提前观察到.所以，如果地球表面不

存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比将延后，故

选B.12345678910111213

A.15°B.30°C.45°D.60°

A123456789101112134.如图所示，一束光线从空气射入玻璃砖.若入射角i＝60°，测出折射角r＝30°，

AB∥CD，玻璃砖的厚度为L，光在真空中的传播速度为c，则(

C

)D.从CD边射出的光线与从AB边射入的光线不平行C12345678910111213

123456789101112135.[果蔬汁的折射率/2024湖北武汉部分学校调研/多选]果蔬汁的折射率与其含糖量

成正比.如图是测量果蔬含糖量的糖度计工作原理：一束单色光垂直半圆形容器壁射

入果蔬汁中，经果蔬汁、三棱镜后再照射至光屏上.已知果蔬汁的折射率小于三棱镜

的折射率.下列说法正确的是(

BC

)A.糖度计利用光的全反射原理B.光在不同浓度的果蔬汁中传播速度不相等C.若果蔬汁的含糖量增大，光屏上的光点将上移D.若果蔬汁的含糖量增大，光屏上的光点将下移BC12345678910111213

123456789101112136.[光的折射的动态分析/2024山西大同统考模拟]为观察光的传播现象，一同学用

半圆柱形玻璃砖进行实验，其横截面如图所示，此时底面BD与右侧竖直光屏平行.

一束白光从玻璃砖左侧垂直于BD射到圆心O上，在光屏上C点出现白色亮斑，使玻

璃砖底面绕O点逆时针缓慢旋转θ(0°＜θ＜90°)，观察到屏上的白色亮斑在偏离C点的

同时变成下紫、上红的彩色光斑.随着θ角缓慢变大，下列说法正确的是(

B

)A.折射光斑在竖直屏上向上移动B.红光在玻璃砖中传播速度最大C.彩色光斑沿光屏向上移动，紫光最先消失D.彩色光斑沿光屏向下移动，红光最先消失B12345678910111213

123456789101112137.[渗透实验思想]在天宫课堂第二课“光学水球”实验中，王亚平老师在水球中注

入少量气体，在水球内会形成一个气泡.在另一侧，我们可以观察到王老师一正一反

两个像，如图甲所示.这是因为有一部分光线会进入水球中的气泡，形成了正立的人

像，而另一部分无法进入气泡的光线，形成了倒立的人像.为了方便研究，我们简化

为如图乙所示.已知水球半径为R1，气泡半径为R2，两球为同心球.有两束平行光射入

水球，其中a光沿半径方向射入，b光恰好在气泡表面发生全反射，水的折射率为n.

求a、b两束平行光之间的距离x.图甲图乙12345678910111213[答案]

R2

12345678910111213

A.2sB.4sC.6sD.8sA12345678910111213

123456789101112139.如图，一束复色光照射到平行玻璃砖的上表面，经玻璃砖下表面射出后分为a、b

两束光，下列说法正确的是(

B

)A.a光的频率小于b光的频率B.a、b一定是平行光线C.a光的波长大于b光的波长D.若增大入射角δ，a光对应光线先在下表面发生全反射B12345678910111213[解析]由光路图可知，在玻璃砖上表面发生折射时，两束不同色光的入射角相

同，a光在介质中的折射角小于b光的折射角，则由折射定律可知，a光的折射率大

于b光的折射率，则a光的频率大于b光的频率，A错误；玻璃砖的上、下表面平行，

则平行玻璃砖上、下表面的入射光线和出射光线一定平行，B正确；由c＝λν可知a

光的波长小于b光的波长，C错误；全反射的条件是光由光密介质向光疏介质中传

播，且入射角大于等于临界角，由光路可逆性原理可知光线不可能在下表面发生全

反射，D错误.1234567891011121310.[2024福建福安一中校考]如图所示，半圆形透明介质的横截面半径为R.

一束光

从半圆形透明介质的下边缘以入射角45°从直线边界射入透明介质，光束在半圆形透

明介质的弧形面发生两次全反射后刚好从上边缘射出.已知光在真空中传播的速度为

c.求：(1)半圆形透明介质的折射率；

[解析]光路图如图所示

12345678910111213(2)半圆形透明介质的全反射临界角；[答案]

45°

(3)光束在半圆形透明介质中传播的时间.

[解析]光路图如图所示12345678910111213

光束在半圆形透明介质中传播的距离L＝3R

[解析]光路图如图所示1234567891011121311.[传统文化/2024山东青岛调研检测]古代学者早已认识到光沿直线传播，战国时

期《墨经》中就记载了小孔成倒像的实验.如图，一身高为L的实验者站在水平地面

上，距他正前方s处的竖直墙上有一个圆柱形孔洞，其直径为d(d≪L)，深度为h，孔

洞距水平地面的高度是实验者身高的一半.由于孔洞深度过大，使得光屏上成像不完

整.现用厚度等于洞深的透明均匀介质填充孔洞，不考虑光在透明介质中的反射.(1)若实验者通过小孔能成完整的像，求介质折射率的最小值n1；

12345678910111213[解析]

若实验者通过小孔能成完整的像，则实验者的最高点和最低点的像点能

够在光屏上呈现，所以当折射角最大时，介质的折射率最小，作出此时光线从最高

点