文档文本内容
第59讲 光的折射 全反射
目录
01、考情透视，目标导
航
02、知识导图，思维引航.............................................................................................1
03、考点突破，考法探究.............................................................................................2
考点一.折射定律、折射率的理解及应用..............................................................2
知识点1.对折射率的理解.................................................................................3
知识点2．光路的可逆性..................................................................................3
知识点3．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制.......................3
考向1．对折射定律的理解..............................................................................3
考向2．折射率的计算......................................................................................4
考向3．折射定律的应用..................................................................................5
考点二.全反射的理解及应用..................................................................................6
知识点1．求解光的折射和全反射问题的思路..............................................6
知识点2.全反射规律的应用.............................................................................6
考点三.光的折射和全反射的综合问题..................................................................8
知识点1．求解全反射问题的四点提醒..........................................................8
04、真题练习，命题洞见...........................................................................................11
2024·贵州·高考物理第2题
2024·浙江1月·高考物理第3题
2024·湖南 ·高考物理第5题
考情
2024·重庆 ·高考物理第4题
分析
2024·海南 ·高考物理第3题
2024·全国甲卷 ·高考物理第34题
2024·广东 ·高考物理第4题
复习
目标1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律。
目标
目标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.折射定律、折射率的理解及应用
知识点1.对折射率的理解
(1)公式n＝中，不论光是从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ 总是真空中的光线与法线间的夹角，
1
θ 总是介质中的光线与法线间的夹角。
2
(2)折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，v＝。
(3)折射率与介质的密度没有关系，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。知识点2．光路的可逆性
在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来
的入射光线发生折射。
知识点3．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制
平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球)
对光
线的
圆界面的法线是过圆心
通过平行玻璃砖的 通过三棱镜的光线经两
作用
的直线，经过两次折射
光线不改变传播方 次折射后，出射光线向
后光线向圆心偏折
向，但发生侧移 棱镜底边偏折
考向1．对折射定律的理解
1.(多选)如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块上、下表面平行的玻璃砖的上表面，最终都从玻
璃砖的下表面射出。已知玻璃对单色光b的折射率较小，那么下列说法中正确的有( )
A．a光在玻璃砖中传播速度比b光小
B．从玻璃砖下表面射出后，两束光不一定平行
C．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定增大了
D．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同
考向2．折射率的计算
2.一半径为R的球体放置在水平桌面上，球体由透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖
直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示。
已知入射光线与桌面的距离为，出射光线与水平方向的夹角θ＝60°。则该透明材料的折射率
为( )
A.1.2 B.1.5
C. D.
考向3．折射定律的应用
3.如图，某潜水员在海中潜水，处于距离海岸 7 m、海面下4 m的E点，潜水员观察岸上的竖直放置的标尺杆F，标尺杆F长6 m，潜水员能看到杆的一半刻度。已知海面 CD到海岸AB
的高度为3 m，标尺杆F到岸边A点的距离为4 m。
(1)求海水的折射率为多少？
(2)若由于涨潮海面CD上升了3 m与海岸AB平齐，潜水员相对海岸位置不变，则此时能看到
的标尺杆长度为多少？
考点二.全反射的理解及应用
知识点1．求解光的折射和全反射问题的思路
确定研究 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 的光线不明确，根据题意分析、寻找，如临界光线、边界光线等
找入射点，确认界面，并画出法线，根据反射定律、折射定律作出
画光路图
光路图，结合几何知识推断和求解相关问题
从光疏→光密：一定有反射、折射光线；
注意两点
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2.全反射规律的应用
(1)全反射棱镜
截面是等腰直角三角形的棱镜(通常是玻璃做成的)叫全反射棱镜。它的特殊作用一般有如图
所示的四种情况。
(2)光导纤维
光导纤维简称“光纤”，它是非常细的特制玻璃丝(直径在几微米到一百微米之间)，由内芯
和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大。1.光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的，光导纤维由内、外两种材料制成，内芯材料的折射率为
n，外层材料的折射率为n，如图6所示的一束光信号与界面夹角为α，由内芯射向外层，要想在此界面发
1 2
生全反射，必须满足的条件是( )
A.n>n，α大于某一值 B.n<n，α大于某一值
1 2 1 2
C.n>n，α小于某一值 D.n<n，α小于某一值
1 2 1 2
2．(多选)如图所示，一束光由空气斜射到透明介质球上的A点，入射角为i，则( )
A．当i足够大时，在A点将发生全反射
B．当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射
C．无论i多大，在A点都不会发生全反射
D．无论i多大，光从球内向外射出时，都不会发生全反射
3．光纤通信有传输容量大、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AC＝L，折射率为n，AB、CD代表端面，光从AB端面以某一入射角θ
进入玻璃丝，在玻璃丝内部恰好发生全反射，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
B．sin θ＝
C．光在玻璃丝中传播的速度为csin θ
D．光在玻璃丝中从AB端面传播到CD端面所用的时间为L
考点三.光的折射和全反射的综合问题
知识点1．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。
知识点2．全反射现象中光的传播时间的求解要领
(1)准确地判断出恰好发生全反射的临界光线是解题的关键。
(2)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即v＝。
(3)全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。
(4)利用t＝求解光的传播时间。
1.“天宫课堂”逐渐成为中国太空科普的国家品牌。某同学观看太空水球光学实验后，想研究光在水球中的
传播情况，于是找到一块横截面为半圆柱形玻璃砖，如图所示，半圆的半径为 R，O为圆心。入射光线PQ
以∠AQP＝30°的方向射入玻璃砖，入射点Q到圆心O的距离为R，光线恰好从玻璃砖圆弧AB的中点E射
出。
(1)求玻璃砖的折射率；
(2)现使光线PQ向左平移，求移动多大距离时恰不能使光线从圆弧面射出(不考虑经半圆柱内表面反射后射
出的光)。
2.如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在的平面，一光线自M
点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜，
求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。
3.如图所示，半圆形透明柱体，其横截面的半径为R，圆心为O，AB为水平直径，现有一单色细光束从OB
中点C以与竖直方向成α的角度射入，光束折射后恰好能到达S点。已知sin α＝。
(1)求该柱体的折射率n；
(2)若用该单色光垂直照射整个AB面，求在半圆弧ASB上有光透出的弧长与ASB的比值k。1．（2024·重庆·高考真题）某同学设计了一种测量液体折射率的方案。容器过中心轴线的剖面图如图所示，
其宽度为16cm，让单色光在此剖面内从空气入射到液体表面的中心。调整入射角，当反射光与折射光垂直
时，测出竖直器壁上的反射光点与液体表面的距离h，就能得到液体的折射率n。忽略气壁厚度，由该方案
可知（ ）
A．若h = 4cm，则 B．若h = 6cm，则
C．若 ，则h = 10cm D．若 ，则h = 5cm
2．（2024·贵州·高考真题）一种测量液体折射率的V形容器，由两块材质相同的直角棱镜粘合，并封闭其
前后两端制作而成。容器中盛有某种液体，一激光束从左边棱镜水平射入，通过液体后从右边棱镜射出，
其光路如图所示。设棱镜和液体的折射率分别为 ，光在棱镜和液体中的传播速度分别为 ，则（
）
A． B． C． D．
3．（2024·浙江·高考真题）如图为水流导光实验，出水口受激光照射，下面桶中的水被照亮，则（ ）
A．激光在水和空气中速度相同B．激光在水流中有全反射现象
C．水在空中做匀速率曲线运动
D．水在水平方向做匀加速运动
4．（2024·海南·高考真题）一正三角形OPQ玻璃砖，某束光线垂直于OP射入，恰好在PQ界面发生全反
射，则玻璃砖的折射率（ ）
A． B． C． D．2
5．（2024·广东·高考真题）如图所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以 角从MN面射入某
长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射。反射光射向PQ面。若 逐渐增大。两束光在NP面
上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是
（ ）
A．在PQ面上，红光比绿光更靠近P点
B． 逐渐增大时，红光的全反射现象先消失
C． 逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射
D． 逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大
6．（2024·甘肃·高考真题）如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光a从空气沿半径方向入射
到圆心O，当 时，反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是（ ）
A．该材料对红光的折射率为 B．若 ，光线c消失
C．若入射光a变为白光，光线b为白光 D．若入射光a变为紫光，光线b和c仍然垂直
7．（2024·山东·高考真题）某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱
镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG=30°。横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为
1.5。
（1）求sinθ；
（2）以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D（图中
未标出）到E点距离的范围。
8．（2024·全国·高考真题）一玻璃柱的折射率 ，其横截面为四分之一圆，圆的半径为R，如图所示。
截面所在平面内，一束与AB边平行的光线从圆弧入射。入射光线与AB边的距离由小变大，距离为h时，
光线进入柱体后射到BC边恰好发生全反射。求此时h与R的比值。
9．（2023·全国·高考真题）如图，一折射率为 的棱镜的横截面为等腰直角三角形 ， ，
BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜，若这束光被
BC边反射后恰好射向顶点A，求M点到A点的距离。
10．（2023·山东·高考真题）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M、N，相距为d，直径均为 ，折射率为n（ ）。M、N下端
横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M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N下端面，N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M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为 ，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）。
