光的折射和全反射（原卷版）

2023届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练

专题73光的折射和全反射

导练目标导练内容

目标1光的折射定律及折射率

目标2光的全反射

目标3光的色散

【知识导学与典例导练】

一、光的折射定律及折射率

i.对折射率的理解

(|)圻射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小：妙=今

(2)7斤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•般思路

(I)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。

【例1】如图所示，玻璃三棱镜的截面为直角三角形，其中财=60。，0^=30°,0C=9O°,一束单色光照射到

上面上的。点，当入射角/三60。时，光线折射到A8边上没有光线射出，光线反射到AC面上与3c平行,

则该玻璃的折射率为()

A

B

C

l+百c1+V2

A.\/3B.垃Lx■

22

【例2】小华家装修，阳台窗户是双层玻璃，双层平行玻璃中间是笳气，合同规定两块玻璃的厚度相同计为

d，中间夹层气体的厚度为儿小华想帮助父母看看双层玻璃是否是按合同要求安装的。设计如下：小华找

到一个激光笔，让光从窗户一侧以与玻璃成45。角入射并记录入射点A,同时记录A点在对面玻璃外面的投

影点4,然后在窗户另一侧记录出射点的位置8。测量A4的距离。已知玻璃的折射率为正,认为很气的

折射率为1。如果按合同要求玻璃、气体、玻璃分别是5mm、12mrn、5mm安装的窗户，则A3的长度约为

()

A.11mmB.15mmC.17.8nimD.20.5mm

二、光的全反射

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，则无论入射角

多大，都不会发生全反射现象。

②入射角大于或等于临界角。

(3)光的反射、折射和全反射现象，光路均是可逆的。

(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(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。

【例3】如图所示，甲、乙两块透明介质，折射率不同(均大于1)，截面为:圆周，半径均为R,对接成

半圆。一细光束从〃点垂直射入甲中，在甲的边界5点发生全反射，在乙的边界d点同时发生反射和折射。

不考虑光线在〃。界面上的反射，34衣，则()

A.介质甲的折射率小于乙的B.光在甲中的频率大于在乙中的

C.光在甲中的速度小于在乙中的D.光在甲中的波长大于在乙中的

【例4】如图所示，有一束平行于等边.三棱镜截面A8C的复色光从空气射向A8边的中点。，入射方向与边

48的夹角为6=30。，经三棱镜折射后分为〃、〃两束单色光，单色光。偏折到BC边的中点£,单色光b偏

折到尸点，则下列说法中正确的是()

A

0

BFL

A.在棱镜中传播，〃光的传播速度较大

B.。光的频率大于沙光的频率

C.分别通过同一双缝干涉装置，。光的相邻亮条纹间距大

D.入射方向与边AB垂直时，边射出光线为。光

三、光的色散

1.光的色散

(1)现象：•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。

2.各种色光的比较分析

颜色红楮黄绿青落紫

频率y低一*高

同一介质中的折射率小一大

同一介质中的速度大一小

同一介质中的波长大T小

通过同i棱镜的偏折角小一大

同一介质中的临界角大一小

同一装置的双缝干涉条纹间距大一＞小

3.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

代

对光线的

圆界面的法线是过圆心的直

作用通过三棱镜的光线经两次

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

【例5】如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为。、b.c三束单色光。如果。光是蓝光，则以下说

法正确的是（）

A.〃光可能是紫光B.c光可能是红光

c.a光的波长小于。光的波长D.。光的频率小于c光的频率

【例6】中国古人对许多自然现象有深刻认识，唐人张志和在《玄真子•涛之灵》中写道：“雨色映口而为虹”.从

物理学的角度看，虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的.图是彩虹成因的简化示意图，其中。、

力是两种不同频率的单色光，则两光（）

A.在同种玻璃中传播，a光的传播速度一定小于方光

B.以相同角度斜射到同•玻璃板透过平行表面后，力光侧移量天

C.在同一介质中传播时两种光的频率相同

D.以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光过，一定是。光

【多维度分层专练】

1.如图所示，把由同种材料（玻璃）制成的厚度为d的立方体。和半径为〃的半球体〃分别放在报纸上,

从正上方（对方来说是最高点）竖直向下分别观察〃、〃中心处报纸上的字，下面说法正确的是（）

B.看到〃中的字比。中的字高

C.看到》中的字一样高

D.。中的字比没有玻璃时的高，力中的字比没有玻璃时的低

2.如图所示为一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上时的光路图，〃、匕为其折射出的光线中的两种单色

光，下列说法不正确的是（）

A.在冰晶中，〃光的传播速度较大

B.通过同一装置发生双缝干涉，〃光的相邻条纹间距较大

C.从同种玻璃中射入空气发生全反射时，。光的临界角较小

D.用同一装置做单缝衍射实验，。光的中央亮条纹更宽

3.如图所示，等边三角形AOB为透明柱状介质的横截面。一束单色光PQ平行于角平分线。加射向。4,

在界面0A发生折射，折射光线平行于0B且恰好射到M点（不考虑反射光线）。下列说法正确的有（）

A.单色光在透明柱状介质中的传播速度为Gx108m/s

B.从AM8面的出射光线与入射光线PQ的偏向角60°

C.增大入射光PQ的频率，光在该介质中的传播速度减小

D.保持入射点。不变，减小入射角度，一直有光线从面纣出

E.保持入射光P。的方向不变，增大入射光的频率，出射点将在用点上方

4.超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖，其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图圻示。在空气

中对称放置四个相同的直角三棱镜，顶角为0。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射，，经过前两个棱

镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽。

已知相邻两棱镜斜面间的距离d=100.0mm,脉冲激光中包含不同频率的光1和光2,它们在棱镜中的折射

率分别为勺=正和&=粤。^5in370=|,cos370=|,我=1.890。则下列说法正确的是（）

B.光1和光2通过相同的干涉装置后，光2对应的干涉条纹间距更大

C.为使光1和光2都能从左侧第一个棱镜斜面射出，则〃>45°

D.若夕二37。，则光1和光2通过整个展宽器的过程中在空气中的路程差约为14.4mm

5.如图所示，一由玻璃制成的直角三棱镜A3C,其中AB=AC,该三棱镜对红光的折射率大于④.一束

平行于8c边的白光射到A8面上.光束先在48面折射后射到8C面上，接着又从AC面射出.下列说法正

确的是（）

A.各色光在A8面的折射角都小于30。

B.各色光在8c面的入射角都大于45°

C.有的色光可能不在8c面发生全反射

D.从AC面射出的有色光束中红光在最上方

E.从AC面射出的光束一定平行于8c边

6.玻璃被广泛用于生活和光学仪器中。某光学仪器中有一扇形的玻璃砖。其截面图如图所示，扇形的玻璃

砖的半径为R,4408=60,一克单色光垂直40照射在圆弧人B的中点C上，折射光线照射在A0面上的

。点，光在C点发生折射后的偏向角为30。，AO面涂有反射层，光在真空中的传播速度为则（）

A.玻璃砖对该单色光的折射率为6

B.玻璃砖对该单色光的折射率为0

C.该单色光从C点首次照射到03所用的时间为平

D.该单色光从C点首次照射到08所用的时间为返

7.半径为R的半圆柱形玻璃砖，其横截面如图所示，。为圆心，已知该玻璃砖对频率为了的岂光的折射率

为n=垃,与MN平面成0=45。的平行红光束射到玻璃砖的半圆面上，经玻璃砖折射后，部分光束能从

MN平面上射出，不考虑多次反射，己知光在真空中的传播速度为c,下列分析判断正确的是（）

A.玻璃砖对该红光束全反射的临界角C=60°

B.该红光束在玻璃砖中的传播速度为^=叵

2

c.该红光束在玻璃砖中的波长为舍

D.MN平面上能射出光束部分的宽度为正R

2

E.平面上能射出光束部分的宽度为（1+，）穴

8.如图所示，将透明长方体放在空气中，矩形ABCO是它的一个截面，〃、力两种单色细光束从夕点射入,

入射角。=45。，AP=^AD,若。光折射后恰好射至AO面上，b光从CO面射出，则（）

A.在介质中〃光的速度比。光的速度小

B.该介质对。光的折射率〃=@

2

c.该介质对。光的折射率〃=姮

2

rrT

D.若要a光在A。面上发生全反射，角〃的范围应满足?

42

E.改变入射角。的大小，b光一定可以从4。面射出

9.截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。为嵌在三楂镜内部紧贴88CC面的线状单色可见光光

源，OE与三棱镜的A8C面垂直，。位于线段BC的中点。图乙为图甲中4BC面的正视图。三棱镜对该单色

光的折射率为2,只考虑由。E直接射向侧面A/TCC的光线。下列说法正确的是（）

A：

A.光从AACC面出射的区域占该侧面总面积的y

B.光从AA，UC面出射的区域占该侧面总面积的;

C.若DE发出的单色光频率变小，A4CC面有光出射的区域面枳将增大

D.若。E发出的单色光频