第62讲光的折射全反射

第62讲光的折射全反射

目录

豆习目标

网络构建

1考点一光的折射定律及折射率知识点3光的折射和全反射问题的解题要点

【提升•必考题型归纳】

【夯基•必备基础知识梳理】

考向1全反射定律的应用

知识点1折射定律

考向2光导纤维

知识点2折射率

知识点3应用光的折射定律解题的一般思路1考点三光路控制及光的色散现象

【提升・必考题型归纳】

【夯基・必备基础知识梳理】

考向1折射率的计算

考向2折射定律的应用知识点1常见三类光路的控制特点

知识点2各种色光的比较与分析

(1挎点二光的全反射

【提升必考题型归纳】

【夯基・必备基础知识梳理】

考向1平行玻璃对光路的控制

知识点1全反射及条件

考向2三棱镜对光路的控制

知识点2全反射临界角

考向3圆柱玻璃对光路的控制

真题感悟

1、理解和掌握折射定律及应用。

2、理解和掌握全反射定律及应用。

考点要求考题统计考情分析

高考对光的折射全反射的考查很频

2023年湖北卷第6题

(1)折射定律繁，大多以选择题中出现，题目难度

2023年江苏卷第5题

(2)全反射要求大多不是太高，较为基础，但也

2023年湖南卷第7题

不排除个别年份题目较难。

©OOO

考点一光的折射定律及折射率

.无基2必备基础知识梳理

知识点1折射定律

2.折射定律

(I)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)表达式：幽一?=〃。

sin〃2

［注意］①在光的折射现象中，光路是可逆的。

②当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角：当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于

折射角。

知识点2折射率

1.折射率

(I)折射率是反映介质的光学性质的物理量。

(2)定义式：〃=嗯。

sin夕2

(3)计算式：〃=£,因为IYC,所以任何介质的折射率都大于1。

V

2.折射率的理解

(1)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。

(2)折射率与介质的密度没有关系，光空介质不是指密度大的介质。

(3)同一种介质中，频率越大的色光折肘率越大，传播速度越小。

知识点3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。

■提升二必考题型归纳___________

考向1折射率的计算

1.如图所示为圆柱形透明介质的截面，圆的半径为凡S为过圆心。的水平线上的一个光源，S到。的距

禹为向R。从S点射出〜束单色光，照射到圆面上的4点，折射光线从圆面上的8点射出，出射光线恰好

与S。平行，光束S/1与SO的夹角。=30。，则透明介质对该单色光的折射率为()

B

A

S-

A逅B.亚C.72

D.6

23

【答案】A

【详解】过A点和R点分别做法线.如图所示

在zMSO中，由正弦定理可得旦=.也”解弦NSAO=120,，i=60因此可知Z.SOA=30°而根据几何

sin。sinZ.SAO

winicinr

关系可知^OAB=NOBA而由折射定律有.二0=———则可得r=60’而ZSOA+NAOB+r=l80;

sinZ.OABsinZ.OBA

则可得404=90'因此可得ZOAB=/OBA=45°由此可知n=———=Sm60=—故选A。

sinZ.OA3sin452

2.一工件由某种透明材料制作而成，其横截而如图所示。圆弧CO所对应的圆心角为60。，圆心在边的

中点，若将C、。用直线连接，则/1BC。为矩形，长度和圆弧的半径均为乩一水平向左的光线射到圆

弧而上的C点，折射后恰好射到4点，则该透明材料的折射率为（）

\/

\60°/

'T

a

A.V7B.—

2

C.1.5D.£

【答案】A

【详解】光路如图所示，由几何关系可知，入射角为60。，由正弦定理有空三=吗等由光的折射定律

有“=包也解得〃="故选A。

sinr

3.某光学仪器中有一半径为尺的扣形玻璃砖，其截面图如图所示.C为圆弧上一点，圆弧"的长度是

圆弧"C长度的2倍，一束单色光以平行于4。的方向照射到。点，从“。边上的。点出射，出射光线与

CO平行，光在真空中传播速度为c°下列说法正确的是（）

A.出射光线与入射光线的偏向角为30。B.光在玻璃砖中的传播速度大小为苧

D.光从。点传播到。点所用的时间为包

C.玻璃砖对光的折射率为卡

【答案】B

由题意可知/3=30。所以Nl=60。，N4=60。出射光线与入射光线的偏句角为60。，故A错误;

BC.由几何关系褥/2+/5=60。由折射定律得网==吧-所以N2=N5=30。玻璃砖对光的折射率

sinN2smZ5

〃二生第二耳光在玻璃砖中的传播速度大小V=£=巫。故B正确，C错误:

sin30°n3

D.口几何关系得CO=OQ；2CQcos/2=R所以0/）=曲光从。点传播到。点所用的时间为

3vc

故D错误。故选B。

4.某汽车大灯结构的简化图如图所示。现有一束光从焦点处射出，经旋转抛物面反射后，垂直半球透镜的

竖直直径从C点水平射入透镜，然后从半球透镜上。点射出。已知透镜直径2R远小于大灯离地面的高

度，Lc=］，。点距水平地面的高度为67.5cm,半球透镜的折射率为正，ianl5o=0.27。则这束光照射

到水平地面的位置与大灯间的水平距离约为()

D.25m

【答案】B

挡光片

设光线从。点水平射向半球透镜时的入射角为夕，经半球透镜折射后的出射光、光源(焦点处)线与水平

面成夕角，依题意有_1解得a=30°根据折射定律有〃=sin(")解得［=］5。设这束先照射到

sina=-^-=/sina

地面的位置与车头大灯间的水平跑离为x，根据几何关系有tan〃=2联立得—25”故选B。

X

考点二光的全反射

.分基二必备基础知叭梳理

知识点1全反射及条件

1.定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某•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。

知识点2全反射临界角

1.定义:折射角等于90。时的入射角。

2.公式:sinC=l。若光从光密介质(折射率为〃)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C,由〃=sin?

nsin

得sinC=।。

n

3.大小：介质的折射率〃越大，发生全反射的临界角C越小。

知识点3光的折射和全反射问题的解题要点

两个技巧四点注意

(1)明确哪种是光密介质、哪种是光疏介质。同一种介

(1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能

两个条件：是光疏介质。

①光必须从光密介质射入光疏介质：(2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射用

②入射角大于或等于临界角。多大，都不会发生全反射现象。

⑵利用好光路图中的临界光线，准确地判断出(3)光的反射、折射和全反射现象，光路均是可逆的。

恰好发生全反射的光路图是解题的关犍，且在(4)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的

作光路图时尽量与实际相符。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。

.提升［必考题型归纳

考向1全反射定律的应用

4

1.如图所示，清激的湖面下S处有一条小鱼，S到水面的距离〃=3m,已知水的折射率为§(当。很小时,

sin〃=【an0),贝lj()

空气

*

，s

A.在鱼正上方向的水面上看到鱼的位置距水面的距离为2.25m

B.在鱼正上方向的水面上看到鱼的位置距水面的距离为2.5()m

C.布湖而卜能看到鱼的水域园面现的半径为典m

7

D.在湖面上能看到鱼的水域圆面积的半径为拽m

7

【答案】AC

【详解】AB.光路如图，则〃=*

sini*lani=g；sinr=lanr=3"一4n1225m故人正确，B错误：

hh-

CD.因sinC='=N则tanC=W在不面上能看到鱼的圆半径/?=〃tanC=¥="m故C正确，D错误。

〃4J7V77

故选AC。

2.某公园的水池底部有一排等间距的光源（视为点光源），如图所示，每个光源可以依次发出红、黄、蓝

三种颜色的光。水池底部水平，水深为力，红、黄、蓝三种颜色的光在水中的折射率分别为〃1、〃2、〃3,

下列说法正确的是（）

水面

___火_2___*义.

A.蓝光在水中的传播速度最大

B.红光在水中的波长最长

C.单个光源发出的黄光照亮的水面面积为半

%T

2h

D.相邻光源的距离只要大于7口就可以使所有的光色在水面不交叠

【答案】BC

【详解】A.根据丫=£红光的折射率最小，故红光在水中的传播速度最大，故A错误;

，7

B.根据义=，红光的频率最小，故红光在水中的波长最长，故B正确;

c.黄光的临界角为smc=£单个光源发出的黄光照亮的水面面积为5=双加皿02=含

故C正确;

D.红光的临界角最大，故单个光源发出的红光照亮的水面面积最大，故相邻光源的距离只要大于

2h

2力tanG=1可就可以使所有的光色在水面不交叠，故D错误。故送BC。

水面

考向2光导纤维

3.图示为光导纤维（可简化为长玻琼丝）的示意图，玻璃丝长为L,折射率为〃=夜，真空中光速为。，

代表端面。束单色光从玻璃丝的力6端面以入射角。入射，若光能传播到另端面，则入射角需要满足

条件（）

A.入射角以45。，若Q45。光在光导纤维中传播时间为回

C

2/

B.入射角火45。，若0=45。光在光导纤维中传播时间为二

C.入射角火90。，若0=45。光在光导纤维中传播时间为3巫

3c

D.入射角长90。，若外45。光在光导纤维中传播时间为迎

3c

【答案】C

【详解】光路图如下所示

设以图中入射角如何时刚好能在光导纤维内壁发生全反射，则由折射定律"=而‘冗［解得

sin—r

（2）

0=90。所以入射角必须满足。＜90。当入射角为45。时，即0=45。时,，解得sin/・=^2=L所以尸-30。，则

n2

L

而光在光导纤维中传播的速度为吟解得「第

光在光导纤维中传播时间为一嬴;L

VCOST

故选C。

4.光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，长为心其侧截而如图所示，一复色光以一定的入射角（H0）

从轴心射入光导纤维后分为。、〃两束单色光，己知内芯材料对。光的折射率为〃（〃</），真空中的光速为

Co下列说法正确的是（）

C____

A.在内芯介质中“单色光的传摧速度比b单色光大

B.入射角i由0。逐渐增大时，〃单色光全反射现象先消失

C.从空气射入光导纤维，。、6单色光的波长都变长

D.若入射角”。时，a、/）单色光在内芯和外套界面都发生全反射，则a单色光在介质中传播的时间

为/加2、

c\/n2-sin20

【答案】ABD

【详解】A.由图可知，在内芯介质中。单色光的折射角比b单色光大，根据折射定律”=亚在内芯介质

sinr

中。单色光的折射率比〃单色光小，又由〃=£可知，在内芯介质中“单色光的传播速度比〃单色光大，故

V

A正确；

B.根据折射定律可知，入射角，■由0°逐渐增大时，〃、力单色光的折射角都增大，〃单色光的折射角大于6

单色光，导致。、〃单色光在到达内芯和外套界面时的入射角都减小，且。单色光入射角小于单色光，由

于a单色光的折射率比6单色光小，根据sinC=，可知，a单色光发生全反射的临界角大丁”单色光，则。

n

单色光全反射现象先消失，故B正确：

c由于光在不同介质中的频率不变，根据〃=£传播速度减小，由丫=7/波长减小，故c错误：

V

D.当入射角i=0时，设。单色光的折射角为，，根据折射定律有〃=理■可得sinr=9U根据数学知识nJ知

sinrn

cos—‘"'TinF根据几何关系可知,。单色光的传播距离为x=_'由〃=£传播速度为v=£

ncosrvn

YLn2

则a单色光在介质中传播的时间为，=一=I,，故D正确。故选ABDo

vcyln2-s\n-0

考点三光路控制及光的色散现象

.多处必备基础知识梳理

知识点1常见三类光路的控制特点

平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)

结构玻璃砖上下表面是平吁的横截面为三角形的三极镜横截面是圆

至

对光线的

通过三极镜的光线经两次圆界面的法线是过圆心的直

作用通过平行玻璃砖的光线不

折射后，出射光线向棱镜底线，光线经过两次折射后向圆

改变传播方向，但要发生侧

面偏折心偏折

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

知识点2各种色光的比较与分析

1.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。

光线通过枝镜的光路

(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

紫此的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。

2.各种色光的比较分析

颜色红橙黄绿青蓝紫

频率丫低一身

同一介质中的折射率小T大

同一介质中的速度大一小

同一介质中的波氏大T小

通过同一棱镜的偏折角小一大

同i介质中的临界角大一小

同一装置的双缝干涉条纹间距大T小

・L提升-必考题理飒

考向1平行玻璃对光路的控制

1.如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿尸。方向射向一立方体玻璃砖的上表面，得到三束平行光

线I、II、山，玻璃砖的下表面有反光膜，下列说法正确的是（）

A.光束।为复色光，光束II、in为单色光

B.光束III的频率大于光束II的频率

C.改变a角，光线I、n、in无法保持平行

D.在玻璃砖中，光束n的速度小于光束山的速度

【答案】AD

【详解】A.两种色光都在玻璃砖的上表面发生了反射，入射角相同，由反射定律知，它们的反射角相同，

可知光束I是复色光：而光束n、HI由于折射率的不同导致偏折分离，所以光束n、in为单色光，故A正

确；

B.光路如图所示：

由图可知光束II的偏折程度大于光束山的偏折程度，根据折射定律可知玻璃对光束II的折射率大于对光束

IH的折射率，则光束II的频率大丁•光束IH的频率，故B错误；

C.一束由两种单色光混合的复色光沿。。方向射入，经过折射、反射、再折射后，光线仍平行，这是因为

光反射时入射角与反射角相等，改变a角，光线I、II、【II仍保持平行.故C错误；

D.由图可知，玻璃砖对光束H折射冬更大，根据〃=£可知，在玻璃茂中，光束II的速度小了光束HI的

V

速度，故D错误。故选AD。

考向2三棱镜对光路的控制

2.如图所示，从点光源S发出的•细束白光以•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，在光屏的岫间形成一条彩色光带。下面的说法中正确的是(

A.在真空中。侧光的波长小于〃侧光的波长

B.三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率

C.在三棱镜中。侧光的传播速率大于b侧光的传播速率

D.在同样条件下做双缝干涉实验，。侧光的相邻两亮条纹间距小于b侧光的

【答案】ABD

【详解】红光的折射率小，所以偏折角小，故方侧光为红色光，。侧光为紫色光，红色光的波长比紫色光的

波长长，由〃=£可得在玻璃中红光的传播速率也比紫色光的大，在同样条件下做双缝干涉实验，由-=今々

vd

可得红光相邻两亮条纹间距也比紫色光的大，故A、B、D正确，C错误。故选ABD。

考向3圆柱玻璃对光路的控制

3.如图所示，一束复色光射向半圆形玻璃砖的圆心0,经折射后分为两束单色光〃和/),卜列判断正确的

A.a光在玻璃中的速度大于力光在玻璃中的速度

B.a、〃两束光遇到同样的障碍物时，a光更容易发生明显衍射

C.增大复色光的入射角，在玻璃砖的右边最先消失的是。光

D.用“、力两束光分别照射到同一金属表面，光更容易使金属发生光电效应

【答案】C

【详解】根据光路，单色光。在空气中的角度较大，所以根据折射定律，。光对玻璃的折射率较大。

A.根据折射率与速度的关系式〃=£可知，。光在玻璃中的速度小于力光在玻璃中的速度。A错误:

V

BD.折射率越大的光，其频率越大，用