第1节光的折射全反射

第十三章光与电磁波第1节光的折射全反射目录CONTENT立足“四层”·夯基础着眼“四翼”·探考点锁定“目标”·提素能020301Part01立足“四层”·夯基础⁠一、光的折射定律

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

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。

同一平面

光学性质

大于1

介质本身

密度

二、全反射

光导纤维1.全反射（1）概念：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⁠光线将全部消失，只剩下

反射

⁠光线的现象。（2）条件①光从光密介质射入光疏介质；②入射角

大于或等于

⁠临界角。折射反射

大于或等于

2.临界角

3.光导纤维光导纤维的原理是利用光的

全反射

⁠。如图所示。全反射

三、光的色散1.光的色散现象：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。⁠如图所示，将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。将激光水平射向塑料瓶小孔，观察到激光束沿水流方向发生了弯曲，光被完全限制在水流内。（1）激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气界面上发生折射。

（

×

）（2）激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气界面上发生全反射。

（

√

）（3）仅改用折射率更大的液体，激光束不能完全被限制在水流内。

（

×

）（4）激光在水中的传播速度大于其在空气中的传播速度。

（

×

）×√××Part02着眼“四翼”·探考点⁠考点一

折射定律的理解及应用

[互动共研类]1.对折射率的理解

（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，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。2.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：折射角、折射率等。（3）注意在折射现象中，光路是可逆的。【典例1】

（2022·江苏高考）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；

答案

（1）tanθ（2）两条折射光线之间的距离d。

答案

（2）Dtanθ⁠1.[对折射率的理解]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），下列说法正确的是（

）A.水对a的折射率比水对b的折射率大B.在水中的传播速度va＞vbC.在空气中的传播速度va＞vbD.当a、b入射角为0°时，光线不偏折，光的传播速度大小不变

（1）tanθ的值；

（2）B位置到水面的距离H。

考点二

光的折射定律和全反射规律的综合应用

[互动共研类]1.解答全反射问题的技巧（1）解答全反射问题时，要抓住发生全反射的两个条件①光必须从光密介质射入光疏介质；②入射角大于或等于临界角。（2）利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符。2.求解光的折射、全反射问题的三点注意事项（1）明确哪种是光密介质、哪种是光疏介质。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）当光射到两种介质的界面上时，往往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。【典例2】

（2022·河北高考）如图，一个半径为R的玻璃球，O点为球心。球面内侧单色点光源S发出的一束光在A点射出，出射光线AB与球直径SC平行，θ＝30°。光在真空中的传播速度为c。求：（1）玻璃的折射率；

（2）从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。⁠⁠1.[对光的全反射的理解]如图所示是一束由红光和蓝光组成的复色光射入半圆形玻璃砖界面发生反射和折射的光路图，其中OA、OB为复色光，OC为单色光，下列说法正确的是（

）A.OC为蓝光B.保持入射光不变，顺时针转动玻璃砖，OC会逐渐消失C.保持入射光不变，逆时针转动玻璃砖，OC会逐渐消失D.若将复色光沿CO射向玻璃砖，有可能不会出现折射光

2.[全反射定律的应用]（2022·全国甲卷）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。在截面所在平面内，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。

A.平行于AC边的光线①B.平行于入射光线的光线②C.平行于CB边的光线③D.平行于AB边的光线④

2.[三棱镜的色散]（2023·江苏通州高三月考）如图所示，一束白光以入射角θ射向三棱镜ABC，在光屏上形成彩色光带ab，则（

）A.a处光的波长小于b处光的波长B.在棱镜中，a处光的传播速度小于b处光的传播速度C.增大θ，a处的光可能在AB面上发生全反射D.减小θ，b处的光可能在AC面上发生全反射

解析：D

由光路图可知，b处光的偏折程度大于a处光的偏折程度，所以b处光

光的折射率大，所以在棱镜中，a处光的传播速度大于b处光的传播速度，故B错误；光在从折射率大的物质射入折射率小的物质时才会发生全反射，所以在

会在AC面上发生全反射，故D正确。3.[玻璃球对光路的控制]直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图所示。则a、b光相比（

）A.玻璃对a光的折射率较大B.玻璃对a光的临界角较小C.b光在玻璃中的传播速度较小D.b光在玻璃中的传播时间较短

4.[平板玻璃砖对光路的控制]（2023·江苏南京模拟）如图所示，由两种单色光组成的复色光，通过足够大的长方体透明材料后分成a、b两束，则（

）A.在该透明材料中，a光的传播速度小于b光的传播速度B.相同条件下，a光比b光衍射明显C.只要满足一定的条件，a、b两束光可以发生干涉D.从该透明材料射入空气发生全反射时，a光的临界角较大

⁠1.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）结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜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平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球）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2.各种色光的比较分析颜色红橙黄绿青蓝紫频率ν低→高同一介质中的折射率小→大同一介质中的速度大→小同一介质中的波长大→小通过同一棱镜的偏折角小→大同一介质中的临界角大→小同一装置的双缝干涉条纹间距大→小Part03锁定“目标”·提素能⁠1.（2022·浙江6月选考）如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是（

）A.气泡表面有折射没有全反射B.光射入气泡衍射形成“亮斑”C.气泡表面有折射和全反射D.光射入气泡干涉形成“亮斑”解析：C

光线从水进入气泡时，是从光密介质进入光疏介质，满足发生全反射的条件，即气泡看起来很明亮的原因是气泡表面有折射和全反射，A错误，C正确；该现象与干涉和衍射无关，B、D错误。2.（2023·江苏南京二模）如图所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，一束由紫光和红光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃，紫光和红光分别从B、C点射出。下列说法中正确的是（

）A.逐渐减小入射角i，紫光先发生全反射B.逐渐减小入射角i，红光先发生全反射C.紫光在半圆柱体玻璃中传播速度较大D.紫光先从半圆柱体玻璃中射出

3.（2021·江苏高考）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.1.2B.1.4C.1.6D.1.8

4.（2023·江苏泰州模拟）一束激光垂直照射在光屏上，形成一圆形光斑如图甲所示。现在光屏前放置一透明的玻璃圆柱体，让激光垂直圆柱体轴线入射，光束经过圆柱体后照射在光屏上，如图乙所示。则在光屏上观察到的光斑形状可能为（

）解析：B

激光束照在圆柱上，沿圆柱体轴上的光线即水平方向上的光线，经相同的入射角折射，两次折射后，同一水平方向上的光线折射偏转角度相同，光线平行，故在光屏上水平方向上的光斑宽度不变。如图，竖直方向上光线通过圆柱体光线有会聚作用，根据光屏与圆柱玻璃柱的位置关系，光斑的长度可能变大，可能变小，也可能不变。由于图中的入射光束在圆心上方，故光路往下偏，光斑的中心不可能呈现在光屏的上部方。综上所述，B有可能，A、C、D均不可能。5.（2023·江苏金陵中学模拟）两个完全相同的等腰三棱镜如图所示放置，相邻两侧面相互平行，一束白光从棱镜A的左面入射，从B的右面出射，则出射光线是（

）A.平行彩色带B.白光带C.散射彩色带D.一束白光解析：A

各色光经两等腰棱镜折射的光路图如图所示，各色光经多次折射，但由于两棱镜相邻两侧面平行，所以各色光出射光线与入射光线平行，最后出射光线是平行彩色带，故选A。6.（2023·江苏南京模拟）一束激光沿光路1从空气射入盛水的方形玻璃容器中，并沿光路4射出玻璃，且容器侧壁厚度相同，如图所示。该激光在空气中的折射率设为1.00，在水中的折射率为1.33，在玻璃中的折射率为1.65。若不考虑每个界面的反射光，则（

）A.增大入射角θ，激光可能在空气和水的界面发生全反射B.减小入射角θ，激光可能在水和玻璃的界面发生全反射C.激光在水中的光路2和在空气中的光路4一定不平行D.激光在水中的速度比在玻璃中的速度小

（1）光在该材料中传播速度的大小；（2）光从下表面射出点到材料左侧面的距离。

⁠8.（2023·江苏七市调研）测量两面平行玻璃砖折射率的装置如图所示，带圆孔的遮光板N和光屏M平行放置，O点为圆孔的圆心，OO'连线垂直于光屏M，在O'O连线的延长线上放置一个点光源s，s到光屏M的距离H＝20cm，测得光屏M上圆形光斑半径r1＝20cm。将厚度d＝10cm、足够长的玻璃砖贴着N板放置，测得光屏M上圆形光斑半径为r2＝15cm。

（1）求玻璃砖的折射率n。

（2）若将玻璃砖沿OO'连线向光屏M平移一小段距离，说明折射后落在光屏M上圆形光斑的大小有无变化。解析：（2）因为出射光线与入射光线平行，光通过玻璃砖后侧移量相同，光斑大小无变化。答案：（2）光通过玻璃砖后的侧移量相同，故光斑大小无变化

（1）求该光纤的临界角；

答案：（1）45°

（2）若平行轴线射入的一束光通过圆弧部分不发生漏光，求内圆弧半径的最小值。

10.（2023·江苏苏锡常二模）如图甲所示，一个储油桶的底面直径为1.6m，高为1.