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压轴题11 光 学
1.本专题是光学部分的典型题型，包括光的折射、光的全反射的知识解决实际问题。高考中经常在选择题中命
题，计算题中也有考到，2024 年高考对于光学的考查仍然是热点。
2.通过本专题的复习，不仅利于完善学生的知识体系，也有利于培养学生的物理核心素养。
3.用到的相关知识有:光的全反射，光的反射定律和折射定律知识等。近几年的高考命题中一直都是以压轴题的
形式存在，重点考几何光学作图，利用折射定律计算等。
考向一：光的折射和折射率
1．折射定律
(1)内容：如图所示，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：＝n12(n12为比例常数)。
2．折射率
(1)定义式：n＝。
(2)计算公式：n＝.因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1。
3．对折射率的理解
(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在该介质中传播速度的大小v＝。
(2)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。
4．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。
5．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制
项目
平行玻璃砖
三棱镜
圆柱体(球)
结构
上下表面平行
横截面为三角形
横截面是圆
1
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对光线
的作用
通过平行玻璃砖的光不
改变传播方向，但要发
生侧移
通过三棱镜的光经过两
次折射后，出射光向棱
镜底边偏折
圆界面的法线是过圆心
的直线，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
考向二：全反射
1.光密介质与光疏介质
介质
光密介质
光疏介质
折射率
大
小
光速
小
大
相对性
若n 甲＞n 乙，则甲相对乙是光密介质
若n 甲＜n 丙，则甲相对丙是光疏介质
2.全反射
(1)定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线消失，只剩下反射光线的现象．
(2)条件：①光从光密介质射向光疏介质．②入射角大于或等于临界角。
(3)临界角：折射角等于90°时的入射角．若光从介质(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＝，得sin C＝。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。
3．光导纤维：光导纤维的原理是利用光的全反射(如图)。
4.分析综合问题的基本思路
(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。
(2)判断入射角是否大于或等于临界角，明确是否会发生全反射现象。
(3)画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知识推断和
求解相关问题。
5.求解全反射现象中光的传播时间的注意事项
(1)在全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即v＝。
(2)在全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。
(3)利用t＝求解光的传播时间。
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01 折射定律 折射率
1.如图所示，半径为R 的玻璃半圆柱体，圆心为O。两条平行红光射向圆柱面，方向与底面垂直，光线1 的入射
点A 为圆柱的顶点，光线2 的入射点为B，∠AOB＝60°。已知该玻璃对红光的折射率n＝，两条光线经柱面和
底面折射后的交点与O 点的距离d 等于( )
A.R
B.R
C.R
D.R
02 全反射
2.如图所示，截面为半圆形玻璃砖的半径为R，一束单色平行光向右垂直直面射向玻璃砖，在玻璃砖右侧可看
到圆弧面上有三分之二的区域被照亮。已知光在真空中的速度为c。
(1)求该玻璃砖对此单色光的折射率；
(2)自不同点入射的光在玻璃砖中的传播时间不同，计算得出最短传播时间(不考虑光在玻璃砖内的多次反射)。
3
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一、单选题
1．（2024·江西南昌·二模）如图所示，昌昌同学为了测量某溶度糖水折射率，将圆柱形透明薄桶放在水平桌面
上，倒入半桶糖水；再将圆柱体竖直插入水中，圆柱体的中轴线与圆桶的中轴线重合；用刻度尺测量圆柱体在
糖水中成的像的直径
；已知圆柱体截面直径为
，透明圆桶直径
。则该糖水
折射率（ ）
A．1.45
B．1.72
C．2.00
D．2.50
2．（2024·广东·二模）图甲为太阳光穿过转动的六角形冰晶形成“幻日”的示意图，图乙为太阳光穿过六角形
冰晶的过程，a、b 是其中两种单色光的光路，则在冰晶中（ ）
A．a 的折射率比b 的大
B．a 的频率比b 的大
C．a 的传播速度比b 的小
D．a 的波长比b 的大
3．（2024·重庆·二模）EUV 光刻机是利用波长为13.5nm 的极紫外光进行曝光来制造芯片。如图为EUV 光刻机的
简化原理图，为提高光刻机的光刻精度，在投影物镜和光刻胶之间填充了折射率为1.5 的浸没液体，则加上浸
没液体后，该极紫外光波（ ）
A．在浸没液体中的频率变为原来的1.5 倍
B．在浸没液体中的波长变为9nm
C．光从真空区域进入浸没液体传播速度不变
D．在浸没液体中比在空气中更容易发生衍射
4．（2024·浙江嘉兴·二模）如图所示，过玻璃球球心的平面内，一束红、蓝复合光入射到玻璃球表面。a、b 是
该复合光经两次折射和一次反射后的出射光，则a、b 两种光判断错误的是（ ）
4
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A．a 一定是蓝光
B．b 一定是蓝光
C．从玻璃球出射的折射角相等
D．b 在玻璃中传播时间一定大
5．（2024·河南濮阳·一模）如图所示，某同学设计了一种测量圆形玻璃砖折射率的方法：AB 是圆的直径，从A
点斜射入一束单色光，观察从圆弧面上第一次出射的光线CD，调节光在A 点的入射角，直到CD 与AB 平行，
测得此时光在A 点的入射角为θ，则玻璃砖对该单色光的折射率为（ ）
A．
B．
C．
D．
6．（2024·广西柳州·三模）如图所示为一圆柱形玻璃砖的截面，O 为圆心，AB 为一条直径，光线a、b 均从C
点射入，光线a 平行于AB，光线b 与光线a 的夹角
，两条光线的折射光线均经过B 点，
，则光
线a、b 在玻璃砖中传播的时间之比为（ ）
A．
B．
C．
D．
7．（2024·安徽·二模）光导纤维作为光传导工具。已广泛应用于通信、互联网等领域。一段光导纤维由折射率
不同的内芯和包层构成，如图所示，AB 和CD 为光导纤维横截面的直径，AB 与CD 平行，AD 和BC 长度均为
d，一束单色光经AB 的中点与AB 横截面成45°角从空气入射到光导纤维中，折射光线与AD 的夹角为30°，光在
真空中传播的速度大小为c，则下列说法中正确的是（ ）
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A．光导纤维对该单色光的折射率为
B．光导纤维内芯的折射率小于包层的折射率
C．如果增大入射光线与AB 横截面的夹角，光线可能在AB 的横截面上发生全反射
D．若外部包层的折射率与空气的折射率相同，则光从AB 传播到CD 所用的最长时间为
8．（2024·河北邯郸·一模）如图所示，一棱镜的截面为直角三角形
，一束单色光从AC 边的P 点
进入棱镜，棱镜对该单色光的折射率为
。当入射角等于i 时，折射到AB 边上的光线刚好发生全反射，则入
射角i 的正弦值为（ ）
A．
B．
C．
D．
9．（2024·天津·一模）如图所示，水面下单色点光源S 发出的一条细光束投射到水面的O 点后射出水面，下列
说法正确的是（ ）
A．从O 点射出水面的光线可能为a
B．从O 点射出水面的光线可能为b
C．折射光与入射光的光速相同
D．从S 发出的投射到水面的所有光束都能射出水面
10．（2024·辽宁·一模）翡翠文化在我国源远流长，翡翠手镯一直以来都备受人们的喜爱。翡翠的折射率是鉴定
翡翠的重要依据之一，某位同学想亲自鉴定一下家里的一块环形翡翠手镯，他将手镯平放在水平桌面上，过环
心的横截面如图所示（俯视图），内圆的半径为r。图中AB 是过环心O 的一条直线，该同学用激光笔发出一细
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光束平行于AB 射入手镯，调整光束与AB 的距离d，使光束折射后在内环面上恰好发生全反射（不考虑多次折
射和反射）。则下列说法正确的是（ ）
A．光线由空气进入翡翠手镯后，传播速度变大
B．光束与AB 的距离d 与内圆的半径为r 大小相等
C．减小光束与AB 的距离d，光束折射后在内环面上仍能发生全反射
D．增大光束与AB 的距离d，光束折射后不经过内环面，直接照射到外环面，则有可能在外环面发生全反
射
二、多选题
11．（2024·湖南衡阳·二模）“道威棱镜”是一种用于光学图像翻转的仪器。如图所示，等腰梯形ABCD 是“道
威棱镜”的横截面，底角为45°，光1 和光2 均沿与BC 平行的方向射入棱镜，且均在BC 面上发生一次全反射
后从CD 面射出。已知棱镜对光1 的折射率为
，对光2 的折射率
，BC=L，光在真空中的传播速
度为c，则（ ）
A．光1 和光2 经过棱镜后从CD 边射出时均与BC 边平行
B．光1 在棱镜中的传播时间为
C．光1 在棱镜中经过的路程小于光2 在棱镜中经过的路程
D．光1 在棱镜中传播的时间小于光2 在棱镜中传播的时间
12．（2024·全国·二模）如图，半径为
的玻璃半球体，
点为球心，左表面竖直，其下半部分放有一毛玻璃屏，
在半球体右侧竖直放置一平面镜。某同学用激光笔发出一细束与过球心的水平直线
平行且间距为
的激光从A 点射入，该同学缓慢地向左移动平面镜，发现
时，在毛玻璃上的
点观察到清晰的亮点，
且
点与A 点关于
点对称。已知光在真空中的速度为。则下列说法正确的是（ ）
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A．激光在该玻璃中的折射率
B．激光在该玻璃中的折射率
C．激光在该玻璃中的传播速度为
D．激光由A 点射入到从
点射出的时间
13．（2024·辽宁辽阳·二模）一位潜水爱好者在水下利用激光器向岸上救援人员发射激光信号时，发现激光束只
有在如图所示的锥形范围内才能射出水面，已知圆锥的底面直径为6 m、母线长4 m，下列说法正确的是
（ ）
A．水的折射率为
B．潜水者不能看见岸上的救援人员
C．救援人员看见潜水者的位置比潜水者的实际位置高
D．潜水者在锥形范围内看见岸上的救援人员的位置比救援人员的实际位置高
14．（2024·广东·二模）图示为一半圆柱形透明体横截面，横截面的圆心为
，半圆柱的半径为
，
为直径
上的点，
，透明体的折射率为
。现有一细光束
以入射角
从
点射入半圆柱，则（
）
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A．细光束
经两次折射后会从弧面
射出
B．细光束
经
面折射，在弧面
发生两次全反射后再从
面射出透明体
C．细光束第一次射出透明体时，折射角为
D．细光束第一次射出透明体时，折射角为
三、解答题
15．（23-24 高三上·陕西安康·期末）某透明介质的横截面如图所示，截面由半径为
的四分之一圆弧ABO 和
一个长方形BCDO 组成，
。一单色光线从圆弧AB 的中点E 沿垂直于DC 边的方向射入，
折射光线刚好到达D 点。光在真空中的传播速度为c，不考虑光在介质中的反射，求：
（1）介质对该光的折射率n；
（2）该光在介质中传播的时间t。
16．（2024·内蒙古包头·二模）负折射率材料是一种折射率为负值的材料，当光从空气照射到负折射率材料界面
时，光波的折射与常规折射相反，入射光线和折射光线分布在法线的同侧，折射角取负值。如图为一负折射率
材料制成的棱镜横截面，截面为一等边三角形，边长为4m。一束单色光在截面所在平面内，从中点D 射入棱
镜，入射角为60°，正好从界面的中点E 射出，不考虑光线在棱镜中的反射，真空中光速为
求
（1）该棱镜的折射率；
（2）光在棱镜中的传播时间。
17．（2024·黑龙江牡丹江·一模）随着监控技术的不断发展，现在大街小巷、家家户户都安装了监控摄像等设备。
如图所示为一监控设备上取下的半径为
的半球形透明材料，球心为
点，A 点为半球面的顶点，且满足
与镀有反射膜的底面垂直。一束单色光平行于
射向半球面的B 点，折射光线通过底面
点，经
点反射后
射向半球面上的
点（图中未画出），光真空传播速度为c。已知B 到
连线的距离为
，
长为
。
求：
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（1）此材料的折射率；
（2）求该单色光在半球形透明材料中传播时间t。
18．（2024·重庆·二模）如图所示，一圆柱形均质实心玻璃体竖直固定在真空中，其上底面中心S 处有一点光源，
可向下方各个方向发射某种单色光。该点光源从S 处射向该玻璃体下底面边缘圆周上的光恰好发生全反射，已
知该玻璃体的底面圆半径为r、高为d，其下底面到水平屏的高度为h，真空中的光速为c，不考虑光在玻璃体
侧面的折射以及光的反射。求：
（1）该玻璃体对该单色光的折射率；
（2）该单色光从S 处沿竖直向下方向到达水平屏所经过的时间。
19．（2024·内蒙古呼和浩特·二模）如图所示长方体玻璃砖，长AB 为
，宽与高均为
。AB 边上有一单
色光源S。该单色光相对于玻璃的折射率为
，当右侧面
恰好全部都有光线射出时：
（1）光源S 离B 点的距离是多少；
（2）左侧面
有光线射出的面积是多少。
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20．（2024·广东韶关·二模）如图，半径为R 的半球形玻璃体置于水平桌面上，半球的上表面水平，球面与桌面
相切于A 点。一细束单色光经球心O 从空气中摄入玻璃体内（入射面即纸面），入射角为
，出射光线射在
桌面上B 点处。测得AB 之间的距离为
。现将入射光束在纸面内向左平移，平移到E 点时，恰好在球面上D
点发生全反射，（不考虑光线在玻璃体内的多次反射）求：
（1）玻璃体的折射率n；
（2）OE 的距离。
21．（2024·广东佛山·二模）如图所示，用激光束竖直射向水平放置的盛水容器底部，在容器底部O 会形成一
个光点，由于激光束在O 点发生漫反射，O 点可视为一个点光源，向四周各个方向射出反射光，最后在容器底
部形成一个以O 点为圆心的圆形“暗区”。测得当水的深度
时，“暗区”的半径约为
。已知
光经过水和空气交界面时，当反射和折射同时存在，反射光较折射光弱很多，水的折射率
。试分析与猜想
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暗区和亮区的形成原因，并通过计算证明你的猜想。（已知：
）
22．（2024·河北石家庄·二模）如图所示，一特制玻璃砖的截面由等边三角形ABC 和以O 为圆心、BC 为直径的
半圆组成。一束宽度等于BO 且平行于AO 的单色光射到AB 面上，折射光线恰与AC 平行。已知
，
不考虑半圆面的反射光。求：
（1）玻璃砖的折射率；
（2）半圆面上有光射出的部分所对应的圆心角。
23．（2024·安徽池州·二模）如题图所示，有一折射率为
的玻璃柱体，其横截面是圆心角为
、半径为
的扇形
，一束平行光平行于横截面，以
入射角照射到
上，
不透光，若只考虑首次入射到圆弧
上的光，（已知
，
，
）求：
（1）这束光在玻璃柱体内的折射角；
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（2）照射到圆弧
上最右侧的光线距离B 点的弧长；
（3）圆弧
上有光透出部分的弧长。
24．（2024·宁夏银川·一模）如图，截面为直角三角形的玻璃棱镜置于真空中，已知
，
，一
束极细的光于AC 边的中点F 处垂直AC 面入射，
，玻璃的折射率为
，光在真空的速度为
。求：
（1）光从玻璃射向真空时，发生全反射时的临界角；
（2）从BC 面射出的光在棱镜中传播的时间。
25．（2024·贵州毕节·二模）如图，为某一扇形透明柱状介质的横截面，其中
为
的角平
分线，从
点发出一束平行于BO 的光线，射向OA 界面，在
点处同时发生折射和反射，其中折射光线平行
于OM，反射光线射到OB 界面上的
点（图中
点未画出）。
（1）求介质折射率的大小，并作出经
点反射到
点的光路图；
（2）若OC 的距离为
，光在真空中的传播速度为，求光在介质内第一次从
点到
点所用的时间？（计算
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结果可用根式表示）
四、填空题
26．（2024·山东济南·二模）目前新建住宅为取得良好的保温效果，窗户广泛采用双层玻璃，如图所示，某双层
玻璃由厚度均为d＝0.5cm 的单层玻璃组成，两玻璃板平行且中间有干燥的空气，玻璃的折射率为n＝
，一
束光线以入射角α＝45°射向玻璃，从另一侧射出，求：
（1）出射光线相对于入射光线的侧移量Δx ；
（2）透过窗户玻璃仰视窗外的飞鸟时，看到鸟的高度比实际高度 。（只需回答“高”、“低”或“相
同”，不需要论证过程）
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