第46讲 光的折射 全反射（复习讲义）（福建专用）（教师版）

第46讲光的折射全反射目录TOC\o"1-4"\h\z\u01考情解码·命题预警 202体系构建·思维可视 303核心突破·靶向攻坚 4考点一光的折射定律及折射率 4知识点1折射定律 4知识点2折射率 4知识点3应用光的折射定律解题的一般思路 5考向1折射率的计算 5考向2折射定律的理解及应用 6考点二光路控制及光的色散现象 9知识点1平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制 9知识点2光的色散 10考向1平行玻璃砖对光路的控制 10考向2三棱镜对光路的控制 12考向3圆柱玻璃对光路的控制 14考点三光的折射和全反射的综合问题 16知识点1全反射及条件 16知识点2全反射临界角 16知识点3求解光的折射和全反射问题的思路 16知识点4求解全反射问题的四点提醒 17考向1全反射的理解及应用 17考向2光导纤维 18【思维建模】 19考向3长方体玻璃砖的综合问题 20考向4圆形玻璃砖的综合问题 2104真题溯源·考向感知 22

考点要求考频2025年2024年2023年（1）折射定律（2）全反射理解高频2025•福建T122024•福建T102023•福建T3考情分析：1.命题形式：单选题非选择题2.命题分析：高考对光的折射全反射的考查很频繁，大多以选择题中出现，题目难度要求大多不是太高，较为基础，但也不排除个别年份题目较难3.备考建议：本讲内容备考时候，注意理解和掌握折射定律、全反射及应用，对折射率公式、全反射临界角的理解要求深入到位且能熟练应用。4.命题情境：①生活实践类：水中物体“变浅”/筷子“弯折”，水面反光与水下视野，彩虹的形成，宝石（钻石）的“闪耀；②学习探究类：光纤通信，内窥镜（医疗/工业），折射率测定仪（如阿贝折射仪）。5.常用方法：作图法复习目标：1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律。2.掌握发生全反射的条件并会用全反射的条件进行相关计算考点一光的折射定律及折射率知识点1折射定律1．折射现象光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生改变的现象，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：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n。得分速记得分速记：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(1)折射率是反映介质的光学性质的物理量。(2)定义式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。(3)计算式：n＝eq\f(c,v)，因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1。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，光密介质不是指密度大的介质。(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，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。考向1折射率的计算例1（2025·福建南平·模拟预测）现有两束平行单色光a、b通过等腰直角棱镜ABC，其光路如图所示。a、b光线在AB边上的折射角分别为α、β，在BC边上发生全反射，经AC边出射。则a、b光线在棱镜中的折射率之比=，出射光线（选填“平行”或“不平行”）。【答案】平行【详解】[1]由光的折射定律有，所以a、b光线在棱镜中的折射率[2]由光的反射定律和折射定律可知两出射光线平行于入射光线，则出射光线平行。【变式训练·变载体】（2025·福建厦门·二模）小厦同学用相机拍摄泳池左侧壁的照片如图甲所示，发现水下泳池侧壁的瓷砖高度缩减，这种现象是由于光发生（选填“折射”“干涉”或“衍射”）产生的。根据照片绘制光路图如图乙所示，若水中和空气中的光线与法线的夹角分别为和，光在空气中的速度为，则光在水中的速度为。【答案】折射【详解】[1]水下泳池侧壁的瓷砖高度缩减是由于光在空气与水的界面发生折射产生的。[2]根据光的折射定律，有又因为可得考向2折射定律的理解及应用例2（2025·福建福州·三模）下面是某单色光由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气的光路图，点O是半圆形玻璃砖的圆心。可能正确的光路图是（

）A． B．C． D．【答案】B【详解】AB．光线在圆心处发生折射，当光线由空气进入玻璃砖中时，入射角大于折射角，故A错误，B正确；CD．由玻璃砖射入空气时，入射角小于折射角，故CD错误。故选B。【变式训练1·变考法】（2024·福建漳州·三模）光纤准直器是光通讯系统中的一种重要组件，它的作用是将光纤内传输来的发散光转变成准直光（平行光），其简化工作原理如图所示，棱镜的横截面为等腰三角形，从光纤一端P射出三束相同的单色光a、b、c，b光与棱镜的中心线重合，a，c光经棱镜折射后与中心线平行。已知棱镜横截面的底角和入射光a与中心线的夹角均为30°，光在真空中的传播速度为c，则a光进入棱镜后的频率（填“变大”“变小”或“不变”），棱镜对a光的折射率为，a光在棱镜中的速度v=。【答案】不变【详解】[1]光的频率由光本身的性质决定的，跟介质无关，故a光进入棱镜后其频率不变；[2]作出光在介质中传播的光路图，如图所示，由图可知，其入射角折射角故其折射率[3]又因为解得【变式训练2·变考法】（2024·福建厦门·二模）2024年春节，厦门在赏笃湖举办了多场灯光展。如图所示为白鹭女神雕像灯光秀，展现了厦门的历史、文化和未来愿景。以下说法正确的是（）A．红光的频率比蓝光的高B．红光从湖水进入空气后传播速度变慢C．在湖水中传播时，红光的速度比蓝光大D．从岸上看到湖水中彩灯的位置比实际位置深【答案】C【详解】A．红光的波长比蓝光长，红光的频率比蓝光低，故A错误；B．根据折射率与光速的关系有折射率大于1，可知，红光从湖水进入空气后传播速度变快，故B错误；C．在湖水中传播时，红光的折射率比蓝光小，结合上述可知，红光的速度比蓝光大，故C正确；D．从岸上看湖水中彩灯，彩灯发出的光经过界面进入空气，入射角小于折射角，人沿折射光反向延长线看过去，看到的虚像位于彩灯实际位置的上方，即从岸上看到湖水中彩灯的位置比实际位置浅，故D错误。故选C。考点二光路控制及光的色散现象知识点1平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制类别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知识点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)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→小考向1平行玻璃砖对光路的控制例1（2025·福建莆田·三模）如图所示，一束复色光从空气射到一长方体玻璃砖上表面后分成两束单色光、，复色光在A点的入射角为，光束的折射角为，光束的折射角为，且。则下列说法正确的是（）A．玻璃对光的折射率小于对光的折射率B．光在玻璃中的传播速度小于光的传播速度C．两单色光在玻璃下表面射出的光均平行于在A点入射的复色光D．增大复色光在A点的入射角，单色光在玻璃的下表面有可能发生全反射【答案】BC【详解】AB．根据光的折射定律及公式可知，玻璃对光的折射率大于对光的折射率，光在玻璃中的传播速度小于光的传播速度，故A错误，B正确；CD．根据对称性和光路的可逆性可知，两单色光在玻璃下表面射出的光均平行于在A点入射的复色光，增大复色光在A点的入射角，单色光在玻璃的下表面不可能发生全反射，故C正确，D错误。故选BC。【变式训练】（2024·福建三明·一模）如图所示，一平行光束照射到平行玻璃砖的上表面，经折射后从下表面射出，射出的光线（填“平行”或“不平行”）；如果调整平行光的入射方向，光线（填“能”或“不能”）在下表面发生全反射；如果调整平行光为垂直入射到上表面，光在玻璃砖内部（填“有”或“没有”）发生折射现象。【答案】平行不能有【详解】[1]折射光线在平行玻璃砖下表面的入射角等于光线在上表面的折射角，设光线从下表面射出时的折射角为θ，根据折射定律得即光线从下表面射出时，射出的光线是平行的；[2]临界角等于光从真空射入介质折射时最大的折射角，由图看出，入射光线在上表面的折射角一定小于临界角，玻璃砖上下表面平行，折射光线射到下表面时入射角与上表面上的折射角相等，所以不论怎么调整平行光的入射方向，下表面的入射角一定小于临界角，所以折射光线射到下表面时一定不能发生全反射。[3]如果调整平行光为垂直入射到上表面，光的传播方向不变，但光在玻璃砖内部仍有发生折射现象。考向2三棱镜对光路的控制例2（2024·福建泉州·一模）牛顿发现太阳光的色散现象，为颜色理论奠定了基础。由a、b两单色光组成的复色光射入三棱镜，经三棱镜偏折情况如图所示。关于a、b光，下列说法正确的是（）A．三棱镜对a光的折射率较大B．若a光是黄光，则b光可能是红光C．a光在三棱镜中的传播速度较小D．用相同的双缝干涉实验装置做实验，a光的干涉条纹间距较大【答案】D【详解】A．由图可知b光的偏折程度较大，则三棱镜对b光的折射率较大，故A错误；B．三棱镜对b光的折射率较大，则b光的频率较大，若a光是黄光，则b光不可能是红光，故B错误；C．根据由于三棱镜对b光的折射率较大，则b光在三棱镜中的传播速度较小，故C错误；D．a光的频率较小，波长较大，根据用相同的双缝干涉实验装置做实验，a光的干涉条纹间距较大，故D正确；故选D。【变式训练】（2024·福建泉州·模拟预测）如图所示，一个直角三棱镜放置在空气中，一束含有、两种光的复色光垂直边射入三棱镜，在边时入射角为，光恰好边发生全反射，光的折射角为，则、两种光在棱镜中折射率之比为；用、两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样中，（选填“”或“”）光条纹间距较大。【答案】b【详解】[1]由几何关系可知，光在AC界面处的入射角都是30∘，则a的临界角恰好为30∘，则由折射定律可知则、两种光在棱镜中折射率之比为[2]由于b的折射率小，则b的波长大。由可知，用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样中，b光条纹间距较大。考向3圆柱玻璃对光路的控制例3（2024·福建厦门·三模）我国唐代对彩虹形成的原因已有记载，《礼记•月令•季春之月》中提到“日照雨滴则虹生”。一束太阳光射入球形雨滴形成彩虹的光路如图所示，则光线a的频率（选填“大于”“等于”或“小于”）光线b的频率，已知太阳光射入雨滴时入射角θ=53°，光线b偏折角β=16°，光线b在雨滴中的折射率等于（结果保留两位有效数字，sin53°≈0.8，sin16°≈0.3，sin37°≈0.6）。【答案】大于1.3【详解】[1]由图可知，一束太阳光射入球形雨滴，入射角相同，光线a的折射角较小，根据折射定律可知光线a的折射率较大，故光线a的频率大于光线b的频率。[2]根据折射定律，光线b在雨滴中的折射率为【变式训练】（2023·福建·模拟预测）如图所示，某玻璃砖的截面为半径为R的半圆，半圆顶端与光屏相切，切点为，由a和b两种色光组成的复色光斜射到圆心O，图中，光屏上两光点间距，其中a光对应光点A，光在真空中的传播速度为c，则（）

A．玻璃砖对a光的折射率为 B．b光在玻璃砖中的传播时间为C．a光的频率大于b光的频率 D．增大，AB间距增大【答案】AB【详解】A．由题意可知，对a光有解得选项A正确；B．由几何关系可知，故b光的折射角有解得b光在玻璃砖中的传播速度为传播时间为解得选项B正确；C．因，故a光的频率小于b光的频率，选项C错误；D．增大，AB间距减小，当时，AB间距为0，选项D错误。故选AB。考点三光的折射和全反射的综合问题知识点1全反射及条件1．全反射定义：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．全反射条件(1)光从光密介质射入光疏介质。(2)入射角等于或大于临界角。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＝eq\f(1,n)。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)得sinC＝eq\f(1,n)。3.大小：介质的折射率n越大，发生全反射的临界角C越小。知识点3求解光的折射和全反射问题的思路确定研究的光线该光线一般是入射光线，还有可能是反射光线或折射光线；若研究的光线不明确，根据题意分析、寻找，如临界光线、边界光线等画光路图找入射点，确认界面，并画出法线，根据反射定律、折射定律作出光路图，结合几何知识推断和求解相关问题注意两点从光疏→光密：一定有反射、折射光线；从光密→光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射知识点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，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。考向1全反射的理解及应用例1（2024·福建漳州·模拟预测）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点恰好发生全反射，反射角为，光在真空中传播速度为，则（）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 D．光在水球中的传播速度【答案】A【详解】AB．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；C．入射光在气泡表面的点恰好发生全反射，则水的折射率选项C错误；D．光在水球中的传播速度选项D错误。故选A。【变式训练1·变载体】（2025·福建泉州·模拟预测）如图甲所示，一束单色光从真空中沿半径射入半圆柱形透明工件，光在圆心O处发生折射和反射，折射光线的强度随着的变化而变化，如图乙所示。，结合图像信息可知，单色光在工件中的折射率为（）A． B． C． D．【答案】A【详解】由图乙可知，当时，光恰好发生全反射，则临界角为，根据全反射临界角公式有代入数据解得故选A。【变式训练2·变载体】（2024·福建南平·三模）沙漠蜃景和海市蜃景主要是由于大气层不同高度空气的温度不同造成的，已知空气的折射率随温度升高而减小。下列图中能正确描述蜃景现象的是（）A． B．C． D．【答案】A【详解】AB．太阳照到沙地上，接近地面的热空气比上层空气的密度小，折射率也小。从远处物体射向地面的光，进入折射率较小的热空气层时被折射，当入射角大于临界角时发生全反射，人们逆着反射光看去，就会在看到远处物体的倒立的虚像，如图1。选项A正确，B错误；CD．太阳照到海面上，接近海面的冷空气比上层空气的密度大，折射率也大。从远处物体射向大气层的光，进入折射率较小的热空气层时被折射，当入射角大于临界角时发生全反射，人们逆着反射光看去，就会在看到远处物体的正立的虚像，如图2。选项CD错误。故选A。考向2光导纤维例2（2025·福建漳州·模拟预测）光导纤维在现代通信网络中发挥着重要作用。如图所示，长为L的直光导纤维由内芯和外套两层介质组成，一束激光从端面AB以某一入射角射向内芯，在内芯的内侧面入射角为，此时恰好发生全反射。设内芯的折射率为n，光在真空中的传播速度为c，则（）A．B．激光在内芯中的传播路程为C．若，则激光在内芯中传播的时间为D．若增大，激光在内芯中仍能发生全反射【答案】AC【详解】A．根据折射定律得可得故A正确；B．由几何关系可知激光在内芯中的传播路程故B错误；C．由解得激光在内芯中传播的速度若，则激光在内芯中传播的时间故C正确；D．若增大，则折射角增大，激光在内芯的内侧面入射角减小，小于临界角，则激光不会发生全反射，故D错误。故选AC。【思维建模】全反射问题的一般解题思路(1)确定光是由光密介质进入光疏介质。(2)应用sinC＝eq\f(1,n)确定临界角。(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射。(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图。(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题。【变式训练】（2025·福建龙岩·二模）我国的光纤通信技术处于世界领先水平，光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的（选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为，则该内芯的折射率为。【答案】大2【详解】[1]光纤中光线从内芯射向外芯时发生全反射，可知光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的大。[2]某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为，则该内芯的折射率为考向3长方体玻璃砖的综合问题例3如图所示，一块镶嵌在展示柜里装饰用的长方体玻璃砖，其ABCD面露于柜外，玻璃砖厚度，左下侧棱上安装一条双色细灯带，能发出a、b两种颜色的光，在ABCD面上能观察到a、b复色光区域和b单色光区域，复色光区域沿着AD方向宽度为6cm，设真空中光速为c。则下列说法正确的是（）A．a光的折射率为 B．a光在此玻璃中传播速度为C．b光折射率小于a光折射率 D．a、b光折射率差值越大，单色光区域宽度越窄【答案】C【详解】A．在两个光区分界面，a光发生全反射，根据几何关系可知根据全反射临界角公式有解得故A错误；B．根据折射率与光速的关系可知，a光在此玻璃中传播速度为故B错误；C．a光的临界角较小，根据可知，b光折射率小于a光折射率，故C正确；D．a、b光折射率差值越大，则单色光区域宽度越宽，故D错误；故选C。考向4圆形玻璃砖的综合问题例4（2024·福建三明·三模）哈尔滨是中国著名的冰雪旅游城市，每年冬季都会举办盛大的冰雪节。冰雕展则成为了人们探访冬季梦幻之旅的最佳选择。冰雕展上有一块圆柱体冰砖，上、下底面半径为1m，轴截面为正方形，上下底面中心连线为，在处安装了一盏可视为点光源的灯，已知冰的折射率为1.3。下列说法正确的是（）A．若光在冰砖中发生全反射的临界角为C，则B．由灯直接发出的光照射到冰砖侧面时能从侧面任何位置射出C．由灯直接发出的光照射到冰砖上表面时都能从上表面任何位置射出D．从冰砖正上方沿方向观察，点光源的视深是【答案】AC【详解】A．若光在冰砖中发生全反射的临界角为C，则故A正确；B．作出发生全反射临界光路图，如图所示在直角中，由几何关系可知故由灯直接发出的光照到冰块上表面时都能从上表面射出，而故由灯直接发出的光照到冰砖侧面时不是能从侧面任何位置射出，故B错误，C正确；D．实深是AB，设视深为h，根据折射率定义式结合几何关系可知可得故D错误。故选AC。【变式训练】（2025·福建·一模）《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”。如图是彩虹成因的简化示意图，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b是两种不同频率的单色光。下列说法正确的是（）A．彩虹是雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成B．水滴对a光的临界角大于对b光的临界角C．在水滴中，a光的波长小于b光的波长D．在水滴中，a光的传播速度大于b光的传播速度【答案】AC【详解】A．雨后太阳光入射到水滴中发生折射时，不同颜色光折射率不同，偏折程度不同而形成彩虹，即发生色散而形成彩虹，A正确；B．第一次折射时，入射角相同，a光的折