2025高考物理一轮复习学案：光的折射、全反射

第1讲光的折射全反射

课程标准素养目标

物理观念：知道光的折射率，折射定律，光

1.理解光的折射定律，会测量折射率.的全反射、光导纤维.

2.知道光的全反射现象及其产生条件.科学思维：从不同角度思考光的传播问题；

3.初步了解光纤的工作原理、应用.利用折射定律解决实际问题，知道玻璃砖、

棱镜等模型的应用.

考点一折射定律折射率

【必备知识•自主落实】

1.折射现象---在折射现象中，光路是可逆的

光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生________的现象，如图所示(以光从空

气射入水中为例).

2.折射定律

(1)内容：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;入射角的正弦与折射角的正弦成比.

(2)表达式：=n.

3.折射率

(1)折射率是衡量材料性能的重要指标.

⑵"V卡_sin优----是亥孔中的前度

“："一晒.-一建是另一介质申的用度

(3)计算式：n=,因为Xc,所以任何介质的折射率都1.

【关键能力•思维进阶】

1.[2023•江苏卷]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()

太阳光线太阳光线

地球表面

2.

[2024•山东济南模拟预测]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H点处水平射入，发现从7点处水平

射出，则玻璃折射率〃为()

A.1.5B.2C.V2D.V3

3.[2023•全国乙卷]如图，一折射率为鱼的棱镜的横截面为等腰直角三角形△力8C,

AB=AC=1,8c边所在底面上镀有一层反射膜.一细光束沿垂直于8c方向经45边上的〃点

射入棱镜，若这束光被8c边反射后恰好射向顶点4求〃点到/点的距离.

思维提升

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■=£.

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.

考点二光的全反射

【必备知识•自主落实】

光密、光疏介质是相对的

1.定义：光从光蜜介质用A光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部

,只剩下反射光线的现象.

2.条件

(1)光从光密介质射入介质.

(2)入射角临界角.

3.临界角

(1)定义：折射角等于时的入射角.

(2)公式：sin「=工.若光从光密介质(折射率为〃)射向真空或空气时，发生全反射的临

n

界角为C,由77=空空得sinC=-.

sin02n

(3)大小：介质的折射率A越大，发生全反射的临界角C越

4.应用实例：光导纤维、全反射棱镜

光导纤维全反射棱镜

【关键能力•思维进阶】

考向1全反射的条件

例1如图，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往水球中央注

入空气，形成了一个明亮的气泡.若入射光在气泡表面的P点恰好发生全反射，反射角为9,

光在真空中传播速度为c,贝(1()

A.光从空气进入水球，波长变短

B.光从空气进入水球，频率变大

C.水的折射率a=sin9

D.光在水球中的传播速度广品

考向2全反射条件的应用

例2［2023•浙江6月］在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体,

直角边的长度为0.9m,水的折射率〃=$细灯带到水面的距离人=奈m,则有光射出的水

面形状（用阴影表示）为（

考向3光导纤维

例3［2024•安徽校联考模拟预测］光纤通信有传输容量大、传输衰减小、抗干扰性及保

密性强等多方面的优点，我国的光纤通信起步较早，现已成为技术先进的几个国家之一，如

图甲是光纤的示意图，图乙是光纤简化示意图（内芯简化为长直玻璃丝，外套简化为真空），

玻璃丝长为折射率为“，AB.切代表端面，光从48端面以某一入射角。进入玻璃

丝，在玻璃丝内部恰好发生全反射，己知光在真空中传播速度为c,下列选项正确的是（）

A.内芯相对于外套是光疏介质

1

B.sin。=一

n

C.光在玻璃丝中传播的速度为csine

D.光在玻璃丝中从端面传播到切端面所用的时间为尤/

C

考向4光的折射和全反射的综合应用

例4:2023•山东卷］

被测物体表面

一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示.两光纤

可等效为圆柱状玻璃丝4N,相距为d,直径均为2a,折射率为〃（水鱼）.M、儿下端横截

面平齐且与被测物体表面平行.激光在〃内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物

体表面镜面反射至"下端面，从下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关.

（1）从〃下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为9,求。的正弦值；

（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）.

思维提升

求解光的折射和全反射的技巧

/一、「该光线一般是入射光线，还有可能是反射

福专研究卜光线或折射光线

叱》［若研究的光线不明确，根据题意分析、寻

找，如临界光线、边界光线等

「找人射点，确认界面，并画出法线

对光路明根据反射定律、折射定律作出光路图，结

合几何关系，具体求解

「从光疏一光密：一定有反射、折射光线

W意两吩从光密一光疏：如果入射角大于或等于临

一L界角，一定发生全反射

核心素养提升光学+实际模型

典例1（多选）［2023•湖南卷］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如图所示.他发现只有当。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（）

岸上救援人员

A.水的折射率为』

sin41°

B.水的折射率为福

sin49°

C.当他以。=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a=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°

典例2[2024•江苏扬州统考]如图1所示，固定在容器中的油量计由许多透明等厚、

长度不等的薄塑料片叠合而成.每个薄片的形状如图2所示，其底部为等腰直角三角形.光

竖直向下射入油量计，塑料片下端浸入油中时，大部分光经折射进入油中，少部分反射回观

察窗口；塑料片未浸入油中时，光在塑料片底部发生全反射而返回油量计上端，可以通过观

察窗上的亮暗分布来判断油量的多少.已知塑料片的折射率为4,油的折射率为n2,则（）

A.41定小于n2

B.跖一定大于1.4

C.随着油量的减少，观察窗左边最先开始亮

D.观察窗亮的部分越长，说明剩余油量越多

典例3[2024•山东聊城模拟]汽车的前挡风玻璃设计成双层玻璃，会使驾驶员在视觉

上有“缩短”距离的作用.如图甲，在水平路面上行驶的某型号重卡的双层玻璃中夹的是空

气，双层玻璃的倾斜角为30°（与竖直方向的夹角），将重卡驾驶员前方的小轿车尾灯简化

为一个点光源4若其发出的与水平方向成30°角的光线在8点到达重卡外层玻璃外表面，

该光线在外层玻璃内部的折射光线恰好沿水平方向，光线射出外层玻璃经过中间的空气层进

入内层玻璃，折射后进入重卡驾驶员的眼睛，部分光路图如图乙所示.已知双层玻璃的厚度

均为d.则双层玻璃使驾驶员的视觉上“缩短”的安全行驶距离4T的长度为（）

A.警B.争

rV3,八5V3,

C.—3au.—3d

典例4（多选）如图某电动车大灯为LED灯，它集远光灯和近光灯一体，车灯离地高度

为80cm.图是该大灯的内部示意图，M为水平参考线，LED灯板的上下两面各有一个大功

率的LED灯珠，当上下两面的灯珠都亮时为远光灯；在城市光线较好地段以及车辆会车时则

只亮其中某侧LED灯珠就是近光灯，灯珠的光线经46C反光面反射后，变为水平的平行光，

垂直截面为半圆形透镜的竖直直径/C射入透镜.已知透镜直径远小于大灯离地面高度，地

面水平，半球透镜对蓝光的折射率为四.（不考虑光在大灯中多次反射后的光线）下列说法正

确的是（）

A.若只开灯板上侧的LED灯珠，则为近光灯

B.若发射的是蓝光，则地面上能被照射到的离灯最近距离为80匹cm

C.若发射的是蓝光，开远光灯时，射出灯的光线最大张角为45°

D.若发射的是白光，则地面能被照亮的地方离车最近的光为红光

第1讲光的折射全反射

考点一

必备知识•自主落实

1.改变

2.（1）同一平面两侧正（2）当

sin02

3.（1）光学（3）-大于

V

关键能力•思维进阶

1.解析：根据折射定律

7?上sin。上=刀下sin。下

由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，则刀下＞刀上，则。下逐渐减小，画出

光路图如下

太阳沪乡

zZ/l

1

‘，Z2I下地球表面

则从高到低—逐渐减小，则光线应逐渐趋于竖直方向.

故选A.

答案：A

2.解析：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〃=嘤

sin30°

=百

故选D.

答案：D

3.解析：由题意可知做出光路图如图所示

光线垂直于9方向射入，根据几何关系可知入射角为45°；由于棱镜折射率为VL根

4据4=in=—sini

sinr

有sinr=-

2

则折射角为30°；N砌9=60°,因为N8=45°,所以光在世面的入射角为

8=90°-(180°-60°-45°)=15°

根据反射定律可知N皿=2。=30°

根据几何关系可知/历1。=30°,即△也。为等腰三角形，则黑=?

又因为△及阳与△a。相似，故有影=黑

ACAO

由题知AB=AC=1

联立可得幽=争(;=争

所以〃到A点的距离为x=MA=l—BM=^l

考点二

必备知识•自主落实

1.消失

2.(1)光疏(2)等于或大于

3.(1)90°⑶小

关键能力•思维进阶

例1解析：光从空气进入水球，频率不变，波速减小，则波长变短，选项A正确，B

错误；

入射光在气泡表面的P点恰好发生全反射，则水的折射率〃=上，选项C错误；

sin0

光在水球中的传播速度p=£=csino,选项D错误.故选A.

n

答案：A

例2解析：灯带发出的光从水面射出时不发生全反射的临界角的正弦值

则tanC=a

灯带上的一个点发出的光发生全反射的临界角如图所示

根据几何关系可得

r—htanC—-Xm=0.3m

10V7

则一个点发出的光在水面上能看到r=0.3m的圆，光射出的水面形状边缘为弧形，如

图所示

<7=0.9

等腰直角三角形发光体的内切圆半径/满足

1<g2=-|(a+a+V2a)r'

解得/=五％

2+V23

故中间无空缺.

故选C.

答案：C

例3解析：内芯相对于外套是光密介质，故A错误;

由题目描述，。不是临界角，

如图

临界角为£,设光在玻璃丝中传播速度为％则〃='%=£，解得v=csin£,故B、

sinpv

C错误；

由题描述可知，光进入玻璃丝内部后，在尸点恰好发生全反射，光在玻璃丝中传播的路

程为S=-^,

sinp

传播的时间为T解得t=土力故D正确.故选D.

VC

答案：D

例4解析：(1)由题意可知当光在两侧刚好发生全反射时从〃下端面出射的光与竖直

方向夹角最大，设光在〃下端与竖直方向的偏角为a,此时sinC=L=cosa

n

可得sina=Jl_

又因为刀=网£

sina

所以sin0=nsina=Vn2—1

(2)根据题意要使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路图如图所示

被沏物麻表面

则玻璃丝下端面到被测物体距离6的相应范围应该为b^b<b2

d

当距离最近时有tan。=广

bi

d+2a

当距离最远时有tan6=——

根据⑴可知tan。=胃

V2-n2

联立可得瓦=专用

2\nz—1

,_d+2a,2-n2

2

2一2\n-l

所以满足条件的范围为

q叵!〈削卫叵！

2,2-1、“、2,2-1

答案：(DVi^T(2耳后〈次等宿

核心素养提升

典例1解析:他发现只有当。大于41。时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，

则说明a=41°时激光恰好发生全反射，则sin(90°-41°)=-

n

则〃=』，A错误、B正确；

sin49°

当他以a=60°向水面发射激光时，入射角力=30°,则根据折射定律有asinz；=sin

折射角力大于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.故选BC.

答案：BC

典例2解析：光竖直向下射入油量计，塑料