文档文本内容
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第46 讲 光学
目录
01 考情解码·命题预警...............................................................................................................................2
02 体系构建·思维可视...............................................................................................................................3
03 核心突破·靶向攻坚...............................................................................................................................4
考点一 光的折射和全反射 .........................................................................................................4
知识点1 折射定律和折射率.....................................................................................................4
知识点2 全反射及其应用..........................................................................................................5
考向1 折射率的计算
..............................................................................................................5
考向2 全反射的理解及应用
...................................................................................................9
考点二 光的色散现象 ..............................................................................................................11
知识点1 平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制.........................................................11
知识点2 光的色散....................................................................................................................12
考向 平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)的光路..........................................................................12
考点三 光的干涉 .....................................................................................................................16
知识点1 光的干涉及条件........................................................................................................16
知识点2 双缝干涉...................................................................................................................16
知识点3 薄膜干涉的理解和应用.............................................................................................16
考向 干涉的理解
..................................................................................................................17
考点四 光的衍射、偏振现象 ....................................................................................................18
知识点1 光的衍射....................................................................................................................19
知识点2 光的偏振....................................................................................................................19
考向 光的衍射、偏振................................................................................................................20
04 真题溯源·考向感知.............................................................................................................................21
1
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考点
要求
考频
2025 年
2024 年
2023 年
（1）折射定律
（2）全反射
（3）干涉、衍
射
理解
高频
2025•安徽T13
2023•天津T4
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近两年也在计算题中出现，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，干涉、衍射等偶尔出现
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
生全反射的条件并会用全反射的条件
行相关
算
发
进
计
3.知道不同
色光的衍射和干涉区别
颜
2
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考点一 光的折射定律及折射率
3
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知识点1 折射定律和折射率
1．光的反射现象与折射现象
一般来说，光从第1 种介质射到该介质与第2 种介质的分界面时，一部分光会返回到第1 种介质，这个现
象叫作光的反射；另一部分光会进入第2 种介质，这个现象叫作光的折射。
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： ＝n12，式中n12 是比例常数。
(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。
3．折射率
(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对
折射率，简称折射率，用符号n 表示。
(2)物理意义：折射率反映介质的光学特性，折射率大，说明光线以相同入射角从真空斜射入该介质时偏
折的角度大，反之偏折的角度小。
(3)定义式：n＝，不能说n 与sinθ1 成正比、与sinθ2 成反比，对于确定的某种介质而言，入射角的正
弦与折射角的正弦成正比。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。
(4)光在不同介质中的传播速度不同；某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c 与光在这种介质
中的传播速度v 之比，即n＝。由于c>v，故任何介质的折射率都大于1。
4．光密介质与光疏介质
(1)光密介质：折射率较大的介质。
(2)光疏介质：折射率较小的介质。
(3)光密介质与光疏介质是相对的。某种介质相对其他不同介质可能是光密介质，也可能是光疏介质。
知识点2 全反射及其应用
1.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。
2.现象：折射光完全消失，只剩下反射光。
3.临界角：折射角等于90°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C 与介质的折射
率n 的关系是sinC＝。
4．全反射的有关现象
海水浪花呈白色、玻璃或水中的气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、海市蜃楼、钻石的光彩夺目、水下的灯不
能照亮整个水面等。
5．全反射的应用
(1)全反射棱镜：用来改变光的方向。
4
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(2)光导纤维(简称光纤)
①结构：是一种透明的玻璃纤维丝，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
率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质。
②原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内芯和外套的界面上时，入射角都大于临界角，从而发生全反
射。
考向1 折射率的计算
例1（2025·安徽阜阳一中&三中·二模）如图所示为某柱状光学元件的横截面，
左侧为半圆形，半径为
R，圆心为O，
右侧为直角三角形，
。一束单色光在截面内从圆弧面上的E 点平行于
方向
以入射角
射入该光学元件，已知该光学元件的折射率为
，光在真空中的传播速度为c，不考虑元
件内的多次反射，则光线在元件内的传播时间为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【详解】光路如图所示
在E 点，根据折射率，有
解得
光在元件内传播的速度为
根据几何关系易知光线垂直于AD 边射出。根据几何关系可得
，
5
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光在元件内传播的时间为
故选B。
【变式训练1】（24-25 高三下·安徽淮北一中·模拟）如图所示，是一个玻璃砖的截面图，AB 是半圆的直径，
O 是圆心也是AB 与ED 的交点，ABGF 是直角梯形，ED⊥BC，∠F=∠G=90°，∠ABC=30°，半圆的半径为
R，AF=2R，有一束细光束从半圆面的E 点处入射，入射角是
=60°，已知该玻璃砖的折射率
，光在
真空中的速度为c。
（1）光线第一次从玻璃砖射出时与玻璃砖的夹角是多少？
（2）光从入射到第一次射出玻璃砖在玻璃砖中传播的时间是多少？
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）作出光线经过玻璃砖的折射和反射光路图如图所示
设折射角为
，已知
，
，根据折射定律
得
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由几何关系可得出射光线与法线的夹角
光线第一次从玻璃砖射出时与玻璃砖的夹角
（2）由几何关系可得
光从入射到第一次出射在玻璃砖中传播的路程
光在玻璃砖中传播的速度
光从入射到第一次出射在玻璃砖中传播的时间
【变式训练2】．（24-25 高三下·安徽合肥A10 联盟·最后一卷模拟预测）如图所示，半径为
的球面凹面
镜内注有透明液体，将其静置在水平桌面上，液体中心的厚度为
。一束单色激光自中心轴上的
处以
的入射角射向液面
处，其折射光经凹面镜反射后恰好沿原路返回。已知A、C 两点将半径
三等分，
光在空气中的传播速度为。求：
(1)液体的折射率
；
(2)激光从
点射出至回到
点经历的时间。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）如图所示，连接
、
并延长，交凹面镜于
点，折射光线沿着
处的法线方向，设折射
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角为
，则有
几何关系可知
联立解得
（2）根据图中几何关系有
，
光在介质中的速度
则
联立解得
考向2 全反射的理解及应用
例2 ．（24-25 高三上·安徽多校·大联考）频率不同、强度相同的两束激光分别从空气沿半径方向射入相
同的透明半圆形玻璃砖，经玻璃砖反射和折射后光路如图，下列说法正确的是（ ）
A．A 光束光子的能量大于B 光束光子的能量
B．B 光束在玻璃砖中的传播速度大于A 光束在玻璃砖内的传播速度
C．B 光束的折射率为
D．A 光束和B 光束分别通过同一双缝干涉装置，A 光束产生的干涉条纹间距大
【答案】D
【详解】A．由题图可知，A 光束光路同时发生反射和折射，B 光束光路只发生全反射，即B 光发生全反
射的临界角较小，根据
，可知B 光的折射率较大，频率较大，根据
，可知B 光的能量较大，
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故A 错误；
B．光速为
则B 光的折射率较大，可知同种介质中折射率较大的B 光速度较小，故B 错误；
C．根据
，由光路可知当入射角为37°时，B 光能发生全反射，若37°是B 光的临界角，则B 光束
的折射率为
但37°不一定是B 光的临界角，故C 错误；
D．根据
，B 光的频率较大，则B 光的波长小，根据条纹间距离公式
，可知用B 光时产生
的干涉条纹间距小，故D 正确。
故选D。
【变式训练1】（24-25 高三·安徽A10 联盟·模拟预测）如图所示，半径为R 的四分之一圆AOB 为某玻璃砖
的截面，一束单色光垂直照射到OA 面上某点，光进入玻璃砖经AB 面两次全反射刚好垂直OB 射出，光在
玻璃砖内传播的时间为
，c 为光在真空中传播的速度。已知
，
，求：
(1)玻璃砖对光的折射率；
(2)保持光的入射方向不变，将入射点下移，不考虑光在OB 面上的反射，则至少下移多少距离，光可以从
AB 面射出。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）根据题意，光在玻璃砖中传播的距离为
光在玻璃砖中传播的速度为
设玻璃砖对光的折射率为
，则
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（2）开始时，入射点离
点的距离为
将入射点下移，当光在圆弧面上刚好发生全反射时，入射角等于临界角
，
由于
这时入射点离
点距离为
则要使光从圆弧面
上出射，入射点的位置至少下移的距离为
【变式训练2】（24-25 高三下·安徽合肥一中·素养拓展训练4）如图所示，截面为直角三角形ABC，
∠B=30°，斜边AB=a。棱镜材料的折射率为，
。在此截面所在的平面内，一条光线在距A 点为
处
的M 点垂直AC 射入棱镜，不考虑光线沿原路返回的情况，光线从玻璃砖的BC 边射出。求：
(1)光从棱镜射出时的折射角；
(2)光从棱镜射出时的射出点距B 多远。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）由图可知光线在N 点的入射角
，设发生全反射的临时界角为
，则
得
可知，光在N 点全反射，
，故光在P 点的入射角为30°
设在P 点的折射角为
，有
（2）由几何关系知
，
，
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在三角形
中有
故
考点二 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
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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 平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)的光路
例1（24-25 高三下·安徽合肥一中·保温卷）实验室中有一横截面为直角三角形的玻璃砖，如图甲所示为该
玻璃砖的截面ABC，∠ABC=30°，AB⊥AC，一束单色光从AC 面上的某点垂直于AC 面射入，在BC 边发生
全反射后从AB 边射出，出射光线与AB 边成45°角，光在真空中的传播速度c=3×108m/s。
(1)请在甲图中画出入射光线在玻璃砖中传播的大致光路图并求该玻璃砖的折射率（计算结果保留根式）；
(2)若取用上述玻璃制成截面如图乙所示的三棱镜△ABC，∠A=60°、∠B=45°。一束平行于BC 边的同种单
色光从AB 边的中点O 射入三棱镜，经AB 界面折射后从AC 边O′点（图中未画出）射出。已知AB 边长
，求光束在AC 界面发生折射后的折射角和光束在三棱镜中从O 传播至O′的时间。
【答案】(1)图见解析，
(2)45°，1×10−10s
【详解】（1）入射光线在玻璃砖中传播的大致光路图如图
由光路图可知，光线射到AB 面上时的入射角为30°，折射角为45°，由光的折射定律得
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（2）设在AB 界面上的入射角为θ1，折射角为θ2，如图
根据光的折射定律
解得
设在AC 界面上入射角为θ3，折射角为θ4，则
由几何关系可知
解得光束在AC 界面发生折射后的折射角为
由图可知△AOO′为等边三角形，则
根据
，
联立可得光束在三棱镜中从O 传播至O′的时间为
【变式训练1】如图所示，圆柱形玻璃砖静止放置在水平面上，AB 是截面圆的竖直直径，一束单色光从A
点以与竖直方向成60°角的方向射入玻璃砖，从C 点射出玻璃砖，并射在地面上的D 点。已知光线CD 与
地面垂直，B、D 间的距离为d，光在真空中的传播速度为c。则光从A 点传播到C 点所用时间为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【详解】如图所示
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根据几何关系可知，光从A 点入射、从C 点出射，偏向角为60°，光在A 点的折射角为30°，AC 间的距离
为2d，折射率
光在玻璃砖中速度
则光从A 传播到C 所用时间
故选A。
【变式训练2】（24-25 高三下·安徽六安一中·学业水平考试）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。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）设该单色光照射发生全反射的临界角为
，则有
解得
如图所示
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当
，在侧面
恰好全部都有光线射出，根据几何关系可得
则
（2）因为光源S 在
面上发生全反射的临界角为
，假设光源照射到
面上的
点刚好发生
全反射，则有
根据几何关系可得
则左侧面
有光线射出的面积为
考点三 光的干涉
知识点1 光的干涉及条件
1．定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹；某些区域相互减弱，出现暗条
纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。
2．条件：
(1)两束光的频率相同；(2)相位差恒定。
知识点2 双缝干涉
(1)图样特点
①单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；
②白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹。
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(2)条纹间距(Δx)
①意义：相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心之间的距离。
②公式：Δx＝λ。注意各量的意义：λ 为照射光的波长、d 为双缝间距、l 为屏到双缝间距离。
知识点3 薄膜干涉的理解和应用
(1)形成：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时，在膜
的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。
(2)亮、暗条纹的判断
①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr 等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，
薄膜上出现亮条纹。
②在Q 处，两列反射回来的光波的路程差Δr 等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜
上出现暗条纹。
(3)应用：干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平
面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生
弯曲。
考向 干涉的理解
例1（2025·安徽阜阳临泉田家炳实验中学·三模）研究光的干涉现象的原理图如图所示。光源S 到双缝S1、
S2的距离相等，S1、S2连线平行于光屏，O 点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S 发出的单色光，在
空气中的波长为λ，经S1、S2传播到光屏上的P 点，S1P 垂直于光屏，P 为某亮条纹中心，O、P 之间还有4
条亮条纹。现紧贴S1放置一厚度d=10λ 的玻璃薄片，光从S1垂直穿过玻璃薄片传播到P 点的时间与光从S2
直接传播到P 点的时间相等。已知光在空气中的速度为c，不考虑光在玻璃薄片内的反射，则（ ）
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A．未加玻璃薄片时，光从S1、S2传播到P 点的时间差为
B．玻璃薄片对该单色光的折射率为1.4
C．光在玻璃薄片中的波长为
D．光在玻璃薄片中的传播速度为
c
【答案】C
【详解】A．由题意，未加玻璃薄片时，P 为第5 条亮条纹中心，则有
又
解得
故A 错误；
BD．设光在玻璃薄片中的传播速度为v，则
又
解得n=1.5，
故BD 错误；
C．在空气中有
在该玻璃薄片中有
联立解得
故C 正确。
故选C。
【变式训练】（2025·安徽蚌埠·二模）如图，波长为
的单色光，照射到间距为
的双缝上，双缝到屏的
距离为
，屏上观察到明暗相间的条纹。现将屏向右平移一点到虚线位置，则屏上两相邻亮条纹中
心的间距（ ）
A．变大
B．变小
C．不变
D．不能确定
【答案】A
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【详解】根据双缝干涉两相邻亮条纹中心的间距公式
可知变大，则
变大。
故A 正确。
考点四 光的衍射、偏振现象
知识点1 光的衍射
1．明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象
才会明显。
2．三类常见衍射现象
3.单缝衍射和圆孔衍射图样的比较
单缝衍射
圆孔衍射
单色光
中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条
纹，且越靠近两侧，亮条纹的亮度越弱，宽
度越小
①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明
暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹
的亮度越弱，宽度越小
②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而
减小
白光
中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐
变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹，其中最靠
近中央的色光是紫光、离中央最远的是红光
中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距
的彩色的同心圆环
特别提醒
对光的衍射的理解
(1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。
(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以
看作是沿直线传播的。
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知识点2 光的偏振
1.偏振：光波只沿某一特定的方向振动。
2．自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相
同。
3．偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。
4.偏振光的应用：应用于照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。
考向 光的衍射、偏振
例1（24-25 高三下·安徽合肥一中·素养拓展七）一束红色激光射向一块有双缝的不透光的薄板。在薄板后
的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹。现在将其中一条窄缝挡住，让这束红色激光只通过一条窄缝，则在光
屏上可以看到（ ）
A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是亮条纹比原来暗一些
B．与原来不相同的明暗相间的条纹，且中央亮条纹变宽些
C．只有一条与缝宽对应的亮条纹
D．无条纹，只存在一片红光
【答案】B
【详解】因产生了干涉现象，说明两缝都很窄，能够满足使红光发生明显衍射的条件，即挡住一条窄缝后，
在屏上得到的是红光的单缝衍射图样，即在光屏上可以看到与原来不相同的明暗相间的条纹，且中央亮条
纹变宽些。
故选B。
【变式训练】（24-25 高三下·安徽合肥一中·最后一卷）（多选）甲、乙两种单色光分别经同一单缝得到的
衍射图样如图甲、乙所示。图丙为一半圆柱形玻璃砖的截面图，
是圆心，
是法线，
是足够长的
光屏。甲光沿半径以入射角射向
点，折射角为。下列说法正确的是（ ）
A．甲光在玻璃砖中的折射率为
B．甲光在玻璃砖中的折射率大于乙光在玻璃砖中的折射率
C．若乙光沿半径以相同入射角射向
点时，可能发生全反射
D．若玻璃砖绕
点逆时针旋转，
上可能接收不到甲光
【答案】CD
【详解】A．根据折射率的定义可知，甲光在玻璃砖中的折射率
，故A 错误；
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B．对于同一单缝的衍射现象，甲光衍射现象更明显，故甲光的波长更长，频率更小，频率越小，折射率
越小，即在同一种介质中，甲光的折射率比乙光的折射率小，故B 错误；
C．根据
由于甲光的折射率比乙光的折射率小，则甲光的全反射临界角比乙光的大，乙光更容易发生全反射，故C
正确；
D．若玻璃砖绕O 点逆时针旋转，则甲光的入射角i 增大，当入射角i 大于临界角时，PQ 上将接收不到甲
光，故D 正确。
故选CD。
1．（2025·广东·高考真题）如图为测量某种玻璃折射率的光路图。某单色光从空气垂直射入顶角为
的玻
璃棱镜，出射光相对于入射光的偏转角为
，该折射率为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【详解】光路图如图所示
则有折射定律可得
故选A。
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2．（2025·安徽·高考真题）如图，玻璃砖的横截面是半径为R 的半圆，圆心为O 点，直径与x 轴重合。一
束平行于x 轴的激光，从横截面上的P 点由空气射入玻璃砖，从Q 点射出。已知P 点到x 轴的距离为
，
P、Q 间的距离为
。
(1)求玻璃砖的折射率；
(2)在该横截面沿圆弧任意改变入射点的位置和入射方向，使激光能在圆心O 点发生全反射，求入射光线与
x 轴之间夹角的范围。
【答案】(1)
(2)
或
【详解】（1）根据题意得出光路图如图所示
根据几何关系可得
，
，
可得
，
根据折射定律
（2）发生全反射的临界角满足
可得
要使激光能在圆心O 点发生全反射，激光必须指向
点射入，如图所示
只要入射角大于
，即可发生全反射，则使激光能在圆心O 点发生全反射，入射光线与x 轴之间夹角的
范围
。由对称性可知，入射光线与x 轴之间夹角的范围还可以为
。
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