文档文本内容
第56 讲 光的折射和全反射
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 折射定律和折射率 ................................................4
知识点1 折射定律和折射率..................................................................................................................4
考向1 折射定律 折射率........................................................................................................................5
考点二 全反射 ..........................................................7
知识点1 全反射.........................................................................................................................................7
考向1 光的全反射............................................................................................................................8
考向2 光导纤维.......................................................................................................................................12
考向3 光在三角形玻璃砖中的折射和全反射问题...................................................................14
考向4 光在圆形玻璃砖中的折射和全反射问题.......................................................................18
04 真题溯源·考向感知.......................................................................................................................21
常考考点
真题举例
光的折射
2023·辽宁·高考
光的折射和全反射综合应用
2025·黑辽吉蒙·高考
2022·辽宁·高考
2022·全国乙卷·高考
考情分析：
1. 光的折射和全反射是高考物理的高频考点，主要出现在选择题、计算题、实验题中，常结合折射率的
计算，光的基本特性进行考查。
2．从命题思路上看，考查方向为
基本知识考查：光的折射，折射定律，全反射条件；
常见模型考查：折射率计算，光在三角形玻璃砖中的折射和全反射，光在圆形玻璃砖中的折射和全反射；
与科技相结合：光导纤维，防窥膜的原理。
3．从命题思路上看，试题情景为
生活实践类：水里鱼的位置，水中光源能照亮的范围，全反射棱镜；
学习探究类：玻璃砖折射率的计算，光在水里的传播。
复习目标：
目
一：
标
理解折射率的概念，掌握光的折射定律。
目标二：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 折射定律和折射率
知识点1 折射定律和折射率
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 。
【注意】
1.折射率的计算无论光路怎么样，折射率需用空气中的入射角的正弦比介质中的折射角的正弦。
2.真空的折射率为1，任何介质的折射率都大于1。
得分速记
1．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。
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。
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)
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
考向1 折射定律 折射率
例1 （2024·江苏扬州·模拟预测）一束单色光从玻璃射向空气时，光路图如图所示，两条虚线分别表示分
界面和法线，
，则该玻璃的折射率为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【详解】光从玻璃射向空气时，入射角应该小于折射角，图中
表明竖直虚线为界面，水平虚线为法线，根据折射率的定义式有
故选A。
【变式训练1】（2025·黑龙江·模拟预测）如图所示，a、b 两束平行的单色光照射到半径为R 的半圆形玻
璃砖的上表面，折射后会聚到玻璃砖的顶点P，a、b 两束光对比（ ）
A．a 光的频率大
B．a 光在玻璃砖中的传播速度小
C．两束光经P 点折射后传播路径重合
D．用b 光照射某种金属能发生光电效应，则用a 光照射该金属一定能发生光电效应
【答案】C
【详解】A．由图可知，ra>rb，根据折射定律（
），可得na<nb
光的折射率越大，频率越大，所以b 光的频率大，故A 错误；
B．由
，可得va>vb，故B 错误；
C．过P 点的切面与玻璃砖上表面平行，两束光在P 点折射后，传播方向与入射方向平行，故两束光经P
点折射后传播路径重合，故C 正确；
D．由前面分析知b 光的频率大，由ε=hν 知，b 光子能量大，b 光能使金属发生光电效应，a 光不一定能使
金属发生光电效应，故D 错误。
故选C。
【变式训练2·变考法】（2025·内蒙古呼和浩特·二模）图甲为日晕现象，是光线射入卷层云中的冰晶后，
分散成不同方向的单色光，形成围绕太阳的彩色光环。图乙为一束太阳光射到冰晶时的光路图，a、b 为折
射后的两种单色光，则在冰晶中（ ）
A．a 光比b 光频率大
B．a 光比b 光波长小
C．a 光比b 光速度小
D．a 光比b 光折射率小
【答案】D
【详解】AD．由图看出，太阳光射入六角形冰晶时，b 光的折射角小于a 光的折射角，根据光的折射规律
可知a 光比b 光折射率小，a 光比b 光频率小，A 错误，D 正确；
B．根据波长、频率关系
可知，a 光比b 光波长大，B 错误；
C．根据折射率
可知a 光比b 光速度大，C 错误。
故选D。
考点二 全反射
知识点1 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)。
得分速记
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。
考向1 光的全反射
例1 （2023·内蒙古包头·二模）一个半球形玻璃砖，其正视图是半径为
的半圆，
为半圆的直
径，O 为圆心，如图所示。一束宽为
的平行光线垂直下表面从
射向玻璃砖，光线到达上表面后，
可以从上表面射出的区域在平行于
方向上的宽度为
。
（1）玻璃的折射率n 为多少？
（2）一束细光线在O 点左侧与O 相距
处垂直于
从下方入射，不考虑
面的反射光，真空中
光速为
，求此光线从射入玻璃砖到射出玻璃砖所经历的时间（结果可以用根式表示）。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）设在O 点左侧从E 点射入的光线，进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界
角
，则
区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图所示
由全反射条件有
由几何关系有
由对称性可知
解得
（2）设该细光线从P 点入射，第一次射到圆弧面上时入射角为
，由几何关系有
解得
因为
所以会发生全反射，由全反射知识及对称性，作出该细光线在玻璃砖中传播的光路图如图所示
光从P 点入射至
点出射所走的光程
光在玻璃砖中传播的速度
所以光从入射玻璃砖到出射所经历的时间为
思维建模 点光源在水下能够照亮的范围
1.当点光的光在射出水面时，垂直水面的光线必然可以射出，当如沿着a 光路时，未发生全反射，仍有光
线射出水面，当光线沿着b 光路时，恰好发生全反射时，入射角等于临界角C 这以外的范围就没有光线射
出。
2.点光源在水面上照亮的范围是一个圆形，设点光源的深度为h，故照亮面积S=π（h
tanC ）2。
【逻辑思维与科学建模】【变式训练1·变考法】（2025·辽宁·模拟预测）某校有一个面积足够
大的鱼池，在鱼池底部中央安装有一个防水灯组，灯组由三只分别发出红光、绿光、蓝光的小灯组成，整
个灯组视为一个点光源，如图（a）所示。晚上开灯后，在水面上会看到如图（b）所示的图案，中间是圆
形区域，再往外面是两个环形光带。下列说法正确的是（ ）
A．圆形区域是白色光，由里到外依次是蓝色和红色光环
B．圆形区域是白色光，由里到外依次是绿色和红色光环
C．如果鱼池水面降低，中间圆形区域的面积变大
D．如果鱼池水面降低，中间圆形区域的面积变小
【答案】D
【详解】画出点光源发出的光在水面上的全反射示意图如图所示
AB．设红光、绿光和蓝光的频率分别为
、
、
，则
所以三种色光的折射率满足
而折射率与临界角的关系有
，所以有
即区域I 为红光、绿光、蓝光的混合区域，但不一定呈现白光（按相同比例混合才为白光），区域II 因为
蓝光发生全反射，区域II 为绿光和红光的混合区域，区域III 因为蓝光、绿光都已发生全反射，只有红光，
故AB 错误；
CD．由图可知，水面降低时，中间圆形区域的面积变小，故C 错误，D 正确。
故选D。
【理论联系实际】【变式训练2·变考法】（2025·吉林长春·模拟预测）夜晚景观池有可变化形状
的灯光秀，其原理如图（a）所示，水面下水平放置半圆形细灯带，通过支架（图中未画出）可以调节细
灯带距离水面的深度h，随着h 不同，水面上有光射出的区域形状可能不同。已知半圆形细灯带的半径为
R，水的折射率为
，下列说法中正确的是（ ）
A．h 越大，水面上有光射出的区域面积越小
B．当
时，水面上有光射出的区域呈现类似图（b）所示的“月牙”形状
C．当
时，水面上有光射出的区域呈现类似图（c）所示的“爱心”形状
D．当
时，水面上有光射出的区域呈现类似图（c）所示的“爱心”形状
【答案】D
【详解】A．取线光源上某一点作为点光源，点光源发出的光在水面上有光射出的水面形状为圆形，设此
圆形的半径为r，点光源发出的光线在水面恰好发生全反射的光路图如图所示
根据全反射的临界角可知
由几何知识可得
可知h 越大，水面上发光区域的面积越大，故A 错误；
BCD．根据上述分析可知，一个点发出的光在水面上能看到半径
的圆，对于半圆形线光源在水面上
的发光区域，可看作是圆的圆心沿半圆弧移动时圆扫过的区域，如图所示
可知当
时，水面上的发光区域会呈现类似“月牙”形状，则有
当
时，水面上的发光区域恰会呈现类似丙(c)所示的“爱心”形状，则有
故BC 错误，D 正确。
故选D。
考向2 光导纤维
例1（2024·辽宁·一模）1965 年香港中文大学校长高锟在一篇论文中提出以石英基玻璃纤维作长程信息传
递；引发了光导纤维的研发热潮，1970 年康宁公司最先发明并制造出世界第一根可用于光通信的光纤，使
光纤通信得以广泛应用。此举被视为光纤通信的里程碑之一，高锟也因此被国际公认为“光纤之父”。如
图为某种新型光导纤维材料的一小段，材料呈圆柱状，其中
为直径，一束单色光以入射角
从空气射
向圆心
，下列说法正确的是（ ）
A．光纤通信应用了光的衍射
B．单色光从
射入光导纤维时，折射角大于入射角
C．若
时，单色光刚好不从
射出，则光导纤维的折射率为
D．若光导纤维的折射率为2，则无论入射角
为多少，单色光都不会从
或
射出
【答案】D
【详解】A．光纤通信应用了光的全反射，故A 错误；
B．单色光从
射入光导纤维时，即从光疏介质进入光密介质，折射角小于入射角，故B 错误；
C．若
时，单色光刚好不从
射出，光路图如图甲所示
根据折射定律
临界角为
根据几何关系有
则光导纤维的折射率为
故C 错误；
D．无论入射角
为多少，单色光都不会从
或
射出，光导纤维的折射率最小时，光路图如图乙所示
根据折射定律
临界角为
根据几何关系有
则光导纤维的折射率最小值为
故若光导纤维的折射率为2，则无论入射角
为多少，单色光都不会从
或
射出，故D 正确。
故选D。
【变式训练1】（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）光导纤维如图所示，“阶跃型”光导纤维由“纤芯”和
“包层”两个圆柱体组成，其截面为同心圆，中心部分是“纤芯”，“纤芯”以外的部分称为“包层”。
在光纤中传输的光信号由一端传到另一端时可能会出现时间的偏差。为简化起见，我们研究一根长直光纤，
设其长度为
，“纤芯”的折射率为
，光在真空中的传播速度为，为了计算方便，把“包层”的折射
率假设为1。求：
(1)光信号能在光导纤维中传递信号的最大入射角的正弦值；
(2)同一种光信号在光纤中传递信号的最大传播时间偏差。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）光信号由“纤芯”射向“包层”时会发生全反射，光路图如图所示，
根据全反射临界角公式有
由几何关系有
，所以
，
由折射定律有
所以光信号能在光导纤维中传递信号的最大入射角的正弦值
（2）光在“纤芯”中的传播速度
最短传播时间
最长传播距离
则最长传播时间
所以同一种光信号在光纤中传播信号的最大传播时间偏差
考向3 光在三角形玻璃砖中的折射和全反射问题
例1 （2024·辽宁抚顺·三模）如图所示，等腰直角三角形
为一棱镜的横截面，
。由甲、乙
两种单色光组成的一细光束，从AB 边射入三棱镜，调整入射方向发现，当入射光束垂直AB 边入射时，恰
好只有甲光从BC 边射出，且出射光线和BC 边的夹角为
，则下列判断正确的是（ ）
A．甲光的全反射临界角小于乙光的全反射临界角
B．甲、乙两光的折射率之比为
C．用完全相同的杨氏双缝干涉仪做双缝干涉实验，甲光的条纹要比乙光的条纹宽
D．若甲、乙两光均能使某金属发生光电效应，则由甲光照射产生的光电子最大初动能更大
【答案】C
【详解】B．根据折射定律，甲、乙两种单色光的折射率分别为
甲、乙两光的折射率之比
故B 错误；
A．全反射临界角
甲单色光的折射率小于乙单色光的折射率，甲单色光的全反射临界角大于乙单色光的全反射临界角，故A
错误；
C．甲单色光的折射率小于乙单色光的折射率，则甲单色光的频率小于乙单色光的频率，单色光在真空中
的波长为
则甲单色光的波长大于乙单色光的波长，根据双缝干涉条纹间距公式
则单色光甲的条纹宽度要比单色光乙的条纹宽度宽，故C 正确；
D．甲单色光的折射率小于乙单色光的折射率，则甲单色光的频率小于乙单色光的频率，根据光电效应方
程
若甲、乙两光均能使某金属发生光电效应，则由甲光照射产生的光电子最大初动能更小，故D 错误。
故选C。
【变式训练1】（2024·黑龙江吉林·模拟预测）如图所示，三棱镜的截面为直角三角形，其中
，
，bc 的长度为3L，某种颜色的细光束从ac 边上的d 点垂直射入三棱镜，
，折射光线射到
ab 边上的e 点，出射光线与ab 的夹角
，反射光线射到bc 边上的f 点，已知光在真空中的传播速度
为c，求：
（1）三棱镜对此单色光的折射率，并通过计算判断bc 边是否有光线射出；
（2）光线从d 点经e 点到f 点的传播时间。
【答案】（1）
；没有；（2）
【详解】（1）光线在e 点的入射角为
，折射角
，则折射率
为因为临界角满足
可知
C=45°
光线射到f 点的入射角为60°>C，可知光线bc 边发生全反射，无光线射出；
（2）由几何关系ac=6L，ad=4L，则
则光线从d 点经e 点到f 点的传播路程
根据
则时间
【变式训练2·变考法】（2024·辽宁沈阳·模拟预测）如图所示，一个三棱镜
的横截面为直角
三角形，A、B、C 分别为三条棱的中点，
，
，AB 的长度为L，该三棱镜材料的折
射率
。现有一细光束，其入射方向始终保持与A、B 连线平行，入射点从A 点沿A、C 连线向C 点
移动，仅考虑光线在三棱镜内的一次反射。
（1）请在ABC 平面内画出能从BC 和AB 出射的典型光线的光路图；
（2）求光线从A 点向C 点平移的过程中，在AB 边能有光线射出的范围。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）设光线从M 点入射时，经折射后恰好射向B 点。光线在AC 边上的入射角为
设折射角为
，根据折射定律
可得
在AM 范围内入射时，经折射后在AB 边上的入射角为
，根据几何关系可得
因临界角
在AB 边上发生全反射，由几何关系知，全反射后的光线垂直于BC 边，从BC 边射出的光线的折射角为
0；在MC 范围内入射时，经折射后在BC 边上的入射角为
，根据几何关系可得
在BC 边上发生全反射，由几何关系知，全反射后的光线垂直于AB 边，典型光线的光路图如图所示。
（2）由上述分析可知，光线从A 点向C 点平移的过程中，在AB 边能有光线射出的部分为BN，则
考向4 光在圆形玻璃砖中的折射和全反射问题
例1（2023·辽宁沈阳·模拟预测）一半径为
的匀质玻璃半球体放置在水平面上，
点为球心，过
点的竖
直截面如图所示。有一束光线从距离
点为
的
点入射入玻璃半球内，光线与竖直方向的夹角为
，当
时光线恰好在球面发生全反射，则（ ）
A．玻璃的折射率为
B．玻璃的折射率为
C．若要使光线从球形表面出射后恰好与入射光平行，则
D．若要使光线从球形表面出射后恰好与入射光平行，则
【答案】C
【详解】AB．当
时光线从玻璃射向空气的入射角为
，则
所以玻璃的折射率为
故AB 错误；
CD．平行玻璃砖对光线起到侧移不改变方向，可知若光线从O 点正上方射出玻璃时则出射光线与入射光
线平行，从玻璃出射时入射角为
解得
光射入玻璃时
解得
故C 正确，D 错误。
故选C。
【变式训练1·变考法】（多选）（2025·黑龙江·二模）如图，是光学仪器中一种常用的半圆形玻璃砖。现
有一束单色平行光与界面成
角从其直径界面AO 段入射。已知单色光在玻璃中的折射率为
，玻璃砖
的半径为
，真空中的光速为。下列说法中正确的是（ ）
A．从A 点入射的光其折射角为
B．从A 点入射的光在玻璃中的传播时间为
C．从O 点入射的光在玻璃砖中传播的时间最长
D．从O 点发出的光达弧面时会发生全反射
【答案】AB
【详解】A．根据折射定律
其中
，
代入数据解得从A 点入射的光其折射角为
A 正确；
B．画出光路图如图所示
根据几何关系可
由于
所以光在
、
会发生全反射，根据几何关系可得光在玻璃砖中传播的路程为
光在玻璃砖中的速度
从A 点入射的光在玻璃中的传播时间为
B 正确；
CD．根据光的折射可知从O 点入射的光在玻璃砖的折射光沿着半径方向，相当于从玻璃砖到空气中的入
射角为0，不可能发生全反射，根据几何关系可知从O 点入射的光在玻璃砖中传播的路程最短，则传播的
时间最短，CD 错误。
故选AB。
【变式训练2·变考法】（2024·内蒙古乌海·模拟预测）如图所示，ABCD 为一玻璃砖的截面图，BC 是以O
为圆心的四分之一圆弧面，圆弧的半径为R，AB 边与AD 边垂直，AB 与圆弧相切，CD 平行AB 且长为
，
一束宽度为R 的平行单色光垂直于AD 边射向玻璃砖，结果圆弧BC 上有一半的弧长有光射出，不考虑光
在AD、AB 面的反射，已知光在真空中的传播速度为c，求：
（1）该玻璃砖对光的折射率n；
（2）照射到圆弧面上入射角为
的单色光在玻璃砖中传播的时间。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）一束宽度为R 的平行单色光垂直于AD 边射向玻璃砖，结果圆弧BC 上有一半的弧长有光射
出，如图所示
根据几何关系可知发生全反射临界角为
，根据全反射临界角公式可得
解得该玻璃砖对光的折射率为
（2）照射到圆弧面上入射角为
的单色光在玻璃砖中的光路图如图所示
根据几何关系可得
则单色光在玻璃砖中的路程为
单色光在玻璃砖中的传播速度为
单色光在玻璃砖中传播的时间为
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。
2.（2025·湖南·高考真题）如图，ABC 为半圆柱体透明介质的横截面，AC 为直径，B 为ABC 的中点。真空
中一束单色光从AC 边射入介质，入射点为A 点，折射光直接由B 点出射。不考虑光的多次反射，下列说
法正确的是（ ）
A．入射角θ 小于45°
B．该介质折射率大于
C．增大入射角，该单色光在BC 上可能发生全反射
D．减小入射角，该单色光在AB 上可能发生全反射
【答案】D
【详解】AB．根据题意，画出光路图，如图所示
由几何关系可知，折射角为45°，则由折射定律有
则有
，
解得
故AB 错误；
C．根据题意，由
可知
即
增大入射角，光路图如图所示
由几何关系可知，光在BC 上的入射角小于45°，则该单色光在BC 上不可能发生全反射，故C 错误；
D．减小入射角，光路图如图所示
由几何关系可知，光在AB 上的入射角大于45°，可能大于临界角，则该单色光在AB 上可能发生全反射，
故D 正确。
故选D。
3.（2025·河南·高考真题）折射率为
的玻璃圆柱水平放置，平行于其横截面的一束光线从顶点入射，光
线与竖直方向的夹角为
，如图所示。该光线从圆柱内射出时，与竖直方向的夹角为（不考虑光线在圆
柱内的反射）（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【详解】
设光线射入圆柱体时的折射角为
，根据光的折射定律可知
解得
如图，根据几何关系可知光线射出圆柱体时的入射角
则法线与竖直方向的夹角
根据光的折射定律可知
解得光线射出圆柱体时的折射角
光线从圆柱体内射出时，与竖直方向的夹角为
故选B。
4．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）如图，利用液导激光技术加工器件时，激光在液束流与气体界面发生全
反射。若分别用甲、乙两种液体形成液束流，甲的折射率比乙的大，则（ ）
A．激光在甲中的频率大
B．激光在乙中的频率大
C．用甲时全反射临界角大
D．用乙时全反射临界角大
【答案】D
【详解】AB．激光在不同介质中传播时，其频率不变，故AB 错误；
CD．根据
，甲的折射率比乙的大，则用乙时全反射临界角大，故C 错误，D 正确。
故选D 。
5．（2025·江苏·高考真题）如图所示，一束激光射入肥皂泡后（入射激光束未在图中标出），肥皂膜内出
现一亮环。肥皂膜内的激光（ ）
A．波长等于亮环的周长
B．频率比在真空中的大
C．在肥皂膜与空气的界面上发生衍射
D．在肥皂膜与空气的界面上发生全反射
【答案】D
【详解】AB．激光在不同的介质中传播时，频率相同，波长不同，激光波长与亮环周长无关，故AB 错误；
CD．一束激光打进一个肥皂泡（图中未画出入射光线），发现在肥皂泡内测出现一个亮环，是因为激光
在空气与肥皂膜分界面处发生了全反射，故C 错误，D 正确。
故选D。
