人教版高中物理选择性必修第一册易混易错：全反射（原卷版+解析）

第四章光

第2节全反射

重点+难点核心素养解读

1.物理观念：理解光的全反射，

知道光疏介质和光密介质，理解它们的相对性.

1.建立全反射的概念，

2.知道光的全反射，会利用全反射解释有关现象.

掌握临界角的概念.

3.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射并能画出

2.科学探究：观察演示实验，发

相应的光路图.

现光的全反射的规律，归纳全反

4.了解全反射棱镜和光导纤维.

射发生的条件.

知识点一全反射

1.光疏介质和光密介质

(1)光疏介质：折射率较_(填“大”或“小”)的介质.

(2)光密介质：折射率较—(填“大”或“小”)的介质.

⑶光疏介质与光密介质是(填“相对”或“绝对”)的.

2.全反射现象

(1)全反射：光从—介质射入—介质时，同时发生折射和反射.当入射角增大到某一角度,

使折射角达到90。时，一光完全消失，只剩下一光的现象.

(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于一时的入对角.光从—射入时，发生

全反射的临界角C与介质的折射率〃的关系是sinC=5

(3)全反射发生的条件

①光从一介质射入—介质.

②入射角临界角.

知识点二全反射棱镜

1.形状：截面为三角形的棱镜.

2.全反射棱镜的特点：当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生,与平面

镜相比，它的反射率很高.

知识点三光导纤维

1.原理：利用了光的-

2.构造：由内芯和外套两层组成.内芯的折射率比外套的光传播时在内芯与外套的界

面上发生-

3.光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等.

4.光纤通信的优点是传输容量_、衰减_、抗干扰性及保密性强等.

易错易混点一全反射发生条件

易错易混点1.1对光密介质和光疏介质认识不清。

例1.下列说法中正确的是()

A.因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质

B.因为水的折射率小于酒精的折射率，所以任何情况下水都是光疏介质

C.同一束光，在光弯介质中的传播速度较大

D.同一束光，在光密介质中的传播速度较小

易错易混点L1剖析

1.光疏介质和光密介质

(1)光疏介质和光密介质的比较

光的传播速度折射率

光疏介质大小

光密介质小大

(2)相对性：光疏介质、光密介质是相对的.任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播

速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质.

(3)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的西度大小.例如，酒精的密度比水小,

但酒精和水相比酒精是光密介质.

易错易混点1.2对全反射发生条件认识不清。

例2.如图所小为一块建筑用幕墙玻璃的剖面图，在其上建立直角坐标系xOy,设该玻璃的

折射率沿y轴正方向均匀发生变化.现有一单色光〃以某一入射角0由空气射入该玻璃内

部，目单色光。在该玻璃内部的传播路径如图中实线所示.则玻璃的折射率沿)，轴正方向发

生变化的情况是()

A.折射率沿)，轴正方向均匀减小

B.折射率沿y轴正方向均匀增大

C.折射率沿,，轴正方向先均匀减小后均匀增大

D.折射率沿,，轴正方向先均匀增大后均匀减小

易错易混点L2剖析

全反射

(1)发生全反射的条件：

①光由光密介质射入光疏介质.

②入射角大于或等于临界角.

(2)当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大.同时折射光线强度减

弱，即折射光线的能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射

光线强度减弱到零，反射光线的能最等于入射光的能最.

易错易混点二临界角

易错易混点2.1对临界角概念不清晰

例3.如图所示，一束入射光AO从某种介质以入射角。射入空气，以。点为圆心、尺为半

径画圆G，与折射光线0B交于M点，过M点向两介质的交界面作垂线，与入射光线40

的延长线交于N点，以。点为圆心、0N为半径画另一个圆Q,测得该圆的半径为尺,下

列说法中不正确的是()

A.该介质的折射率为华

A1

B.若光由介质射入空气发生全反射，则临界角的正弦值为sinC=^

A2

C.若过圆G与界面的交点。作界面的垂线交圆C2于P点，则0P与法线所夹的锐角

等于全反射的临界角

D.若入射光的强度保持不变，逐渐增大入射角a,则折射光的强度将逐渐增加

易错易混点2.1剖析

临界角

(1)定义：刚好发生全反射(即折射角为90。)时的入射角为全反射的临界角，用C表示.

(2)表达式：光由折射率为〃的介质射向真空或空气时，若刚好发生全反射，则折射角

恰好等于90。，〃q=in暇90c,即sinC=^1.

(3)不同色光的临界角：不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的

临界角越小，越易发生全反射.

易错易混点2.2对全反射光路图不清晰

例4.一束光以45。的入射角从A/3面射入如图所示的透明三楂镜中，棱镜折射率〃=、叵试

求光在48面的折射角，并在图中画出该光束在棱镜中的光路.

A

易错易混点2.2剖析

求解全反射问题的思路

1.求解全反射问题的步骤

（1）确定光是由光疏介质射入光密介质坏是由光密介质射入光疏介质.

（2）若光由光密介质射入光疏介质，则根据sinC=］确定临界角，看是否发生全反射.

（3）根据题设条件，画出入射角等于临界角的临界光路.

（4）运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换，从而进行

动态分析或定量计算.

2.求光线照射的范围时，关键是找出边界光线，如果发生全反射，刚好能发生全反射

时的临界光线就是一条边界光线，而另一条光线可以通过分析找出.确定临界光线时，关键

是确定光线在什么位置时入射角等于临界角.

针对训练

L（多选）关于全反射，下列说法正确的是（）

A.光从光密介质射向光疏介质时可能发生全反射

B.光从光疏介质射向光留介质时可能发生全反射

C.光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能发生全反射

D.光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能发生全反射

2.（多选）如图所示，A8CD是两面平行的足够大的透明玻璃砖，A8面和CO面是玻璃和空

气的分界面，分别设为界面I和界面H.光线从界面I射入玻璃砖，再从界面II射出，回到空

气中，如果改变光到达界面I时的入射角，则（）

A.只要入射角足够大，光线在界面I上可能发生全反射现象

B.只要入射角足够大，光线在界面II上可能发生全反射现象

C.不管入射角多大，光线在界面I上都不可能发生全反射现象

D.不管入射角多大，光线在界面n上都不可能发生全反射现象

3.水中的空气泡、玻璃中的空气泡，看上去比较亮，对这一现象表述正确的是（）

A.空气泡对光线有会聚作用

B.空气泡对光线有发散作用

C.从空气泡到达水或玻璃与气泡分界面处的光一部分发生全反射形成的

D.从水中或玻璃中射到空气泡界面处的光一部分发生全反射形成的

4.空气中两条光线。和2,从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图

所示.方框内有两个折射率〃=1.5的全反射玻璃棱镜.下列选项给出了两棱镜的四种放置

方式的示意图.其中能产生图中效果的是（

ZJ

5.光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤

维的说法正确的是（）

A.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

B.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生.全反射

C.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射

D.内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用

6.（2022•福州一中月考）如图所示，一玻璃工件折射率为〃，左侧是半径为R的半球体，右侧

是长为8心直径为2R的圆柱体，一细光束频率为了,沿半球体半径方向射入工件，最终这

束光都能到达圆柱体的右端面，忽略光在圆柱体端面的反射，已知光在真空中的传播速度为

c.求：

D>

（1）光在玻璃工件中的波长；

（2）光在工件中传播的最长时间.

7.自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光

线反射回去，某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜（折射率〃>6）组成，

棱镜的横截面如图所示，一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC

和C8边反射后，从AB边的。'点射出，则出射光线是（）

冷射光线

野光线

炒'③

D

A.平行于AC边的光线①

B.平行于入射光线的光线②

C.平行于C/3边的光线③

D.沿边的光线④

8.如图所示是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总长为L,它的玻璃芯的折

射率为，小外层材料的折射率为〃2.若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由它的一

端射入经多次全反射后从另一端射出的过程，下列判断中正确的是（）

A.光通过光缆的时间等于三

B.加光通过光缆的时间大于呼

C.加＞〃2,光通过光缆的时间等于4

V-

D.加〉〃2，光通过光缆的时间大于呼

9.如图所示，一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直于ab面入射，有光线从ab面射

出.以。点为圆心，将玻璃砖缓慢转过。角时，恰好没有光线从岫面射出，则该玻璃砖的

折射率为（）

单色光

B-sin^

C-sin20D，2sin0

10.（2020•浙江7月选考）如图所示，圆心为。、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上,

光线从尸点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角夕=60。时，光

线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行.已知真空中的光速为c,贝1（）

A.玻璃砖的折射率为1.5

B.0、尸之间的距离为田式

C.光在玻璃砖内的传播速度为当c

D.光从玻璃到空气的临界角为30。

第四章光

第2节全反射

重点+难点核心素养解读

1.物理观念：理解光的全反射，

1.知道光疏介质和光密介质，理解它们的相对性.

建立全反射的概念，

2.知道光的全反射，会利用全反射解释有关现象.

掌握临界角的概念.

3.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射并能画出

2.科学探究：观察演示实验，发

相应的光路图.

现光的全反射的规律，归纳全反

4.了解全反射棱镜和光导纤维.

射发生的条件.

知识点一全反射

1.光疏介质和光密介质

(1)光疏介质：折射率较小(填“大”或“小”)的介质.

(2)光密介质:折射率较大(填“大”或“小”)的介质.

(3)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的.

2.全反射现象

(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时,同时发生折射和反射.当入射角增大到某一角度,

使折射角达到90。时，近熨光完全消失，只剩下反对光的现象.

(2)临界角；刚好发生全反射，即折射角等于维时的入射角.光从介质射入空气(真空:时,

发生全反射的临界角。与介质的折射率〃的关系是sinC=；.

(3)全反射发生的条件

①光从光密介质射入光疏介质.

②入射角等「或大了临界角.

知识点二全反射棱镜

1.形状：截面为等腰宜.角三角形的棱镜.

2.全反射棱镜的特点：当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射,与平

面镜相比，它的反射率很高.

知识点三光导纤维

1.原理：利用了光的全反射.

2.构造：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.

3.光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学.上的内窥镜等.

4.光纤通信的优点是传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等.

易错易混点一全反射发生条件

易错易混点1.1对光密介质和光疏介质认识不清。

例1.下列说法中正确的是（）

A.因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质

B.因为水的折射率小于酒精的折射率，所以任何情况下水都是光疏介质

C.同一束光，在光弯介质中的传播速度较大

D.同一束光，在光密介质中的传播速度较小

【答案】D

【解析】

两种介质的折射率大小关系与密度大小无关，A错误；因为水的折射率小于酒精的折

射率，所以水对酒精来说是光疏介质，但是不是任何情况下的水都是光疏介质，比如水相对

于空气是光密介质，B错浜；由1，=。可知，光在光密介质中的速度较小，D正确，C错误.

易错易混点1.1剖析

1.光疏介质和光密介质

（1）光疏介质和光密介质的比较

光的传播速度折射率

光疏介质大小

光密介质小大

⑵相对性：光疏介质、光密介质是相对的.任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播

速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质.

（3）光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小.例如，酒精的密度比水小,

但酒精和水相比酒精是光密介质.

易错易混点1.2对全反射发生条件认识不清。

例2.如图所示为一块建筑用幕墙玻璃的剖面图，在其上建立直角坐标系xQv,设该玻璃的

折射率沿y轴正方向均匀发生变化.现有一单色光a以某一入射角0由空气射入该玻璃内

部，且单色光。在该玻璃内部的传播路径如图中实线所示.则玻璃的折射率沿），轴正方向发

生变化的情况是（）

A.折射率沿y轴正方向均匀减小

B.折射率沿j，轴正方向均匀增大

C.折射率沿），轴正方向先均匀减小后均匀增大

D.折射率沿），轴正方向先均匀增大后均匀减小

【答案】A

【解析】

由于光线从空气射入玻璃，折射光线逐渐向x轴方向偏折，说明入射角小于折射角，

后来发生全反射，故该光学材料的折射率沿），轴正方向均匀减小，A正确.

易错易混点L2剖析

全反射

（1）发生全反射的条件：

①光由光密介质射入光疏介质.

②入射角大于或等于临界侑.

（2）当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大.同时折射光线强度减

弱，即折射光线的能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射

光线强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光的能量.

易错易混点二临界角

易错易混点2.1对临界角概念不清晰

例3.如图所示，一束入射光A。从某种介质以入射角。射入空气，以。点为圆心、尺为半

径画圆G，与折射光线03交于M点，过M点向两介质的交界面作垂线，与入射光线A0

的延长线交于N点，以。点为圆心、0N为半径画另一个圆C2,测得该圆的半径为尺，下

列说法中不正确的是（）

A.该介质的折射率为万

B.若光由介质射入空气发生全反射，则临界角的正弦值为sinC=^

C.若过圆G与界面的交点。作界面的垂线交圆。2于2点，则OP与法线所夹的锐角

等于全反射的临界角

D.若入射光的强度保持不变，逐渐增大入射角a，则折射光的强度将逐渐增加

【答案】D

析】

由图可知，介质的折射率〃=黑，而sin//=膏，sina=^，解得〃=春A正确；全反

射的临界角sinC=l，sinC=%B正确；过。作。Rsin/OPO=等,故NOPO=C,C正

n/<2i\2

确；当a增大时，折射光强度应减弱，D错误.

易错易混点2.1剖析

临界角

(1)定义：刚好发生全反射(即折射角为90。)时的入射角为全反射的临界角.用r表示.

(2)表达式：光由折射率为〃的介质射向真空或空气时，若刚好发生全反射，则折射角

恰好等于90。，〃q=in¥90"c,即sinC=71.

11Lfl

(3)不同色光的临界角：不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的

临界角越小，越易发生全反射.

易错易混点2.2对全反射光路图不清晰

例4.一束光以45。的入射角从/W面射入如图所示的透明三棱镜中，棱镜折射率〃=爽.试

求光在AB面的折射角，并在图中画出该光束在棱镜中的光路.

【答案】30。光路图见解析

【解析】

设光由/W面，的。点射入，由折射定律得，

当

sin,•=—1=*=/,所以折射角/•=30°.

设光线射到AE面上的。点，由几何关系得OD//BE,

由几何知识可知光线在AE面上的入射角为0=45°.

电.一_[__!__应

所以C=45°.

又s】n。=『方=2，

因为。=45°,故光线在4石面上发生全反射，由几何知识可知，光线将垂直于8七面射出,

其光路图如图所示.

易错易混点2.2剖析

求解全反射问题的思路

1.求解全反射问题的步骤

(1)确定光是由光疏介质射入光密介质还是由光密介质射入光疏介质.

(2)若光由光密介质射入光疏介质，则根据sinC=］确定临界角，看是否发生全反射.

(3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的临界光路.

(4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换，从而进行

动态分析或定量计算.

2.求光线照射的范围时，关键是找出边界光线，如果发生全反射，刚好能发生全反射

时的临界光线就是一条边界光线，而另一条光线可以通过分析找出.确定临界光线时，关键

是确定光线在什么位置时入射角等于临界角.

针对训练

1.(多选)关于全反射，下列说法正确的是()

A.光从光密介质射向光疏介质时可能发生全反射

B.光从光疏介质射向光密介质时可能发生全反射

C.光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能发生全反射

D.光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能发生全反射

【答案】ACD

【解析】

全反射的条件之一是光从光密介质射向光疏介质，折射率大的介质相对于折射率小的介质是

光密介质，同一种光在不同介质中传播，传播速度小的介质相对于传播速度大的介质是光密

介质.故A、C、D正确.B错误.

2.(多选)如图所示，ABCD是两面平行的足够大的透明玻璃砖，A8面和C。面是玻璃和空

气的分界面，分别设为界面I和界面H.光线从界面I射入玻璃砖，再从界面H射出，回到空

气中，如果改变光到达界面I时的入射角，则()

A.只要入射角足够大，光线在界面I上可能发生全反射现象

B.只要入射角足够大，光线在界面n上可能发生全反射现象

C.不管入射角多大，光线在界面I上都不可能发生全反射现象

D.不管入射角多大，光线在界面n上都不可能发生全反射现象

【答案】

CD

【解析】

在界面IJ•光由空气进入坡隔砖，是由光琥介质进入光密介腐，不管入射角多大，都不可

能发生全反射现象，选项C正确，A错误：在界面II上光由玻璃进入空气，是由光密介质进

入光疏介质，由于界面I和界面II平行，光由界面I进入玻璃后再到达界面II,在界面II上

的入射角等于在界面I上的折射角，则界面II上的入射角总是小于临界角，因此也不会发生

全反射现象，选项D正确，B错误.

3.水中的空气泡、玻璃中的空气泡，看上去比较亮，对这一-现象表述正确的是（）

A.空气泡对光线有会聚作用

B.空气泡对光线有发散作用

C.从空气泡到达水或玻璃与气泡分界面处的光一部分发生全反射形成的

D.从水中或玻璃中射到空气泡界面处的光•部分发生全反射形成的

【答案】

D

【解析】

当光从水中或玻璃中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生

了全反射现象，所以水中的空气泡和玻璃中的空气泡看起来比较亮，故选D.

4.空气中两条光线。和2,从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图

所示.方框内有两个折射率〃=1.5的全反射玻璃棱镜.下列选项给出了两棱镜的四种放置

方式的示意图.其中能产生图中效果的是（）

可知B项正确.

5.光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤

维的说法正确的是()

A.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

B.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射

C.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射

D.内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用

【答案】A

【解析】

光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光由内芯射向外套时，在界面处发生全反射，

从而使光在内芯中传播，A对.

6.(2022•福州一中月考)如图所示，一玻璃工件折射率为明左侧是半径为R的半球体，右侧

是长为8M直径为2R的圆柱体，一细光束频率为力沿半球体半径方向射入工件，最终这

束光都能到达圆柱体的右瑞面，忽略光在圆柱体端面的反射，已知光在真空中的传播速度为

c.求：

攵)/A

，8R[

(I)光在玻璃工件中的波长；

⑵光在工件中传播的最长时间.

【答案】见解析

【解析】

(1)光在玻璃工件中的速度。=；

V

波长A=y,

解得光在玻璃工件中的波长2=力

(2)设尤在圆柱体中发生全反射时的入射角为tt,传播到右端面的路程为5,

h]1,8R

如Jsina=一,

s

c-4-R

光在工件中传播的时间/=—,

即/=(就+噂

当a为最小值时，/有最大值，此时sina=-

⑻尸+“冰

7.自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光

线反射回去，某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜（折射率〃组成，

棱镜的横截面如图所示，一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC

和C8边反射后，从A8边的0'点射出，则出射光线是（）

冷射光线

野光线

A.平行于4c边的光线①

B.平行于入射光线的光线②

C.平行于C6边的光线③

D.沿AB边的光线④

【答案】B

【解析】

由题意可知，折射率也八「，且

sinC=[,

得临界角小于45、由题知，光从。点垂直AA边射入棱铳，光线不偏折.当光从棱铳射向

空气时，入射角等于45。，发生全反射，根据几何关系，结合光路可逆可知，出射光线是②，

即平行于入射光线.故选B.

8.如图所示是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总长为L,它的玻璃芯的折

射率为〃”外层材料的折射率为〃2.若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由它的一

端射入经多次全反射后从另一端射出的过程，下列判断中正确的是（）

〃1<〃2，光通过光缆的时间等于三

光通过光缆的时间大于呼

〃>〃2,光通过光缆的时间等于呼

D.">〃2,光通过光缆的时间大于U

【答案