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第62 讲 光的折射 全反射
目录
复习目标
网络构建
考点一 光的折射定律及折射率
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 折射定律
知识点2 折射率
知识点3 应用光的折射定律解题的一般思路
【提升·必考题型归纳】
考向1 折射率的计算
考向2 折射定律的应用
考点二 光的全反射
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 全反射及条件
知识点2 全反射临界角
知识点3 光的折射和全反射问题的解题要点
【提升·必考题型归纳】
考向1 全反射定律的应用
考向2 光导纤维
考点三 光路控制及光的色散现象
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 常见三类光路的控制特点
知识点2 各种色光的比较与分析
【提升·必考题型归纳】
考向1 平行玻璃对光路的控制
考向2 三棱镜对光路的控制
考向3 圆柱玻璃对光路的控制
真题感悟
1、理解和掌握折射定律及应用。
2、理解和掌握全反射定律及应用。
1
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考点要求
考题统计
考情分析
（1）折射定律
（2）全反射
2023 年湖北卷第6 题
2023 年江苏卷第5 题
2023 年湖南卷第7 题
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，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。
考点一 光的折射定律及折射率
知识点1 折射定律
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。
光的折射 全反射
光的折射定律及折射率
1. 折射定律
2. 折射率
3. 解题一般思路
光的全反射
1. 全反射及条件
2. 全反射临界角
3. 解题要点
光路控制及光的色散
1. 常见三类光路控制特点
2. 各种色光的比较
2
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(2)表达式：＝n。
[注意] ①在光的折射现象中，光路是可逆的。
②当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于
折射角。
知识点2 折射率
1．折射率
(1)折射率是反映介质的光学性质的物理量。
(2)定义式：n＝。
(3)计算式：n＝，因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1。
2．折射率的理解
(1)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。
(2)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。
(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。
知识点3 应用光的折射定律解题的一般思路
1.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。
考向1 折射率的计算
1．如图所示为圆柱形透明介质的截面，圆的半径为R，S 为过圆心O 的水平线上的一个光源，S 到O 的距
离为
。从S 点射出一束单色光，照射到圆面上的A 点，折射光线从圆面上的B 点射出，出射光线恰好
与SO 平行，光束SA 与SO 的夹角
，则透明介质对该单色光的折射率为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【详解】过A 点和B 点分别做法线，如图所示
3
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在
中，由正弦定理可得
解得
，
因此可知
而根据几何
关系可知
而由折射定律有
则可得
而
则可得
因此可得
由此可知
故选A。
2．一工件由某种透明材料制作而成，其横截面如图所示。圆弧CD 所对应的圆心角为60°，圆心在AB 边
的中点，若将C、D 用直线连接，则ABCD 为矩形，AB 长度和圆弧的半径均为d，一水平向左的光线射到
圆弧面上的C 点，折射后恰好射到A 点，则该透明材料的折射率为（ ）
A．
B．
C．1.5
D．
【答案】A
【详解】光路如图所示，由几何关系可知，入射角为60°，由正弦定理有
由光的折射定律
有
解得
故选A。
考向2 折射定律的应用
3．某光学仪器中有一半径为R 的
圆形玻璃砖，其截面图如图所示。C 为圆弧上一点，圆弧AC 的长度是
圆弧BC 长度的2 倍，一束单色光以平行于AO 的方向照射到C 点，从BO 边上的D 点出射，出射光线与
4
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CO 平行，光在真空中传播速度为c。下列说法正确的是（ ）
A．出射光线与入射光线的偏向角为30°
B．光在玻璃砖中的传播速度大小为
C．玻璃砖对光的折射率为
D．光从C 点传播到D 点所用的时间为
【答案】B
【详解】A．光路如图所示
由题意可知
所以
，
出射光线与入射光线的偏向角为60°，故A 错误；
BC．由几何关系得
由折射定律得
所以
玻璃砖对光的折射率
光在玻璃砖中的传播速度大小
故B 正确，C 错误；
D．由几何关系得
；
所以
光从C 点传播到D 点所用的时间为
故D 错误。故选B。
4．某汽车大灯结构的简化图如图所示。现有一束光从焦点处射出，经旋转抛物面反射后，垂直半球透镜
的竖直直径
从
点水平射入透镜，然后从半球透镜上D 点射出。已知透镜直径
远小于大灯离地面的
高度，
，D 点距水平地面的高度为
，半球透镜的折射率为
，
。则这束光
照射到水平地面的位置与大灯间的水平距离约为（ ）
5
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A．
B．
C．
D．
【答案】B
【详解】如图所示
设光线从C 点水平射向半球透镜时的入射角为
，经半球透镜折射后的出射光、光源（焦点处）线与水平
面成
角，依题意有
解得
根据折射定律有
解得
设这束先照射
到地面的位置与车头大灯间的水平距离为x，根据几何关系有
联立得
故选B。
考点二 光的全反射
知识点1 全反射及条件
1．定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部消失，只剩下反射
光线的现象。
2．条件：
(1)光从光密介质射入光疏介质。
(2)入射角大于或等于临界角。
知识点2 全反射临界角
1.定义：折射角等于90°时的入射角。
2.公式：sin C＝。若光从光密介质(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＝。
3.大小：介质的折射率n 越大，发生全反射的临界角C 越小。
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知识点3 光的折射和全反射问题的解题要点
两个技巧
四点注意
(1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射
的两个条件：
①光必须从光密介质射入光疏介质；
②入射角大于或等于临界角。
(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
在作光路图时尽量与实际相符。
(1)明确哪种是光密介质、哪种是光疏介质。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)光的反射、折射和全反射现象，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。
考向1 全反射定律的应用
1．如图所示，清激的湖面下处有一条小鱼，到水面的距离
，已知水的折射率为
（当
很小时，
），则（ ）
A．在鱼正上方向的水面上看到鱼的位置距水面的距离为
B．在鱼正上方向的水面上看到鱼的位置距水面的距离为
C．在湖面上能看到鱼的水域圆面积的半径为
D．在湖面上能看到鱼的水域圆面积的半径为
【答案】AC
【详解】AB．光路如图，则
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；
则
故A 正确，B 错误；
CD．因
则
在水面上能看到鱼的圆半径
故C 正确，D 错误。
故选AC。
2．某公园的水池底部有一排等间距的光源（视为点光源），如图所示，每个光源可以依次发出红、黄、
蓝三种颜色的光。水池底部水平，水深为h，红、黄、蓝三种颜色的光在水中的折射率分别为
、
、
，
下列说法正确的是（ ）
A．蓝光在水中的传播速度最大
B．红光在水中的波长最长
C．单个光源发出的黄光照亮的水面面积为
D．相邻光源的距离只要大于
就可以使所有的光色在水面不交叠
【答案】BC
【详解】A．根据
红光的折射率最小，故红光在水中的传播速度最大，故A 错误；
B．根据
红光的频率最小，故红光在水中的波长最长，故B 正确；
C．黄光的临界角为
单个光源发出的黄光照亮的水面面积为
故C 正确；
D．红光的临界角最大，故单个光源发出的红光照亮的水面面积最大，故相邻光源的距离只要大于
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就可以使所有的光色在水面不交叠，故D 错误。故选BC。
考向2 光导纤维
3．图示为光导纤维（可简化为长玻璃丝）的示意图，玻璃丝长为L，折射率为
，真空中光速为c，
AB 代表端面。一束单色光从玻璃丝的AB 端面以入射角θ 入射，若光能传播到另一端面，则入射角需要满
足条件（ ）
A．入射角θ<45°，若θ=45°光在光导纤维中传播时间为
B．入射角θ<45°，若θ=45°光在光导纤维中传播时间为
C．入射角θ<90°，若θ=45°光在光导纤维中传播时间为
D．入射角θ<90°，若θ=45°光在光导纤维中传播时间为
【答案】C
【详解】光路图如下所示
设以图中入射角如何时刚好能在光导纤维内壁发生全反射，则由折射定律
解得
所以入射角必须满足
当入射角为45°时，即
时，解得
所以
，则
光在光导纤维中传播时间为
而光在光导纤维中传播的速度为
解得
故选C。
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4．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，长为L，其侧截面如图所示，一复色光以一定的入射角
（i≠0）从轴心射入光导纤维后分为a、b 两束单色光，已知内芯材料对a 光的折射率为
，真空中
的光速为c。下列说法正确的是（ ）
A．在内芯介质中a 单色光的传播速度比b 单色光大
B．入射角i 由
逐渐增大时，a 单色光全反射现象先消失
C．从空气射入光导纤维，a、b 单色光的波长都变长
D．若入射角
时，a、b 单色光在内芯和外套界面都发生全反射，则a 单色光在介质中传播的时间
为
【答案】ABD
【详解】A．由图可知，在内芯介质中a 单色光的折射角比b 单色光大，根据折射定律
在内芯介质
中a 单色光的折射率比b 单色光小，又由
可知，在内芯介质中a 单色光的传播速度比b 单色光大，故
A 正确；
B．根据折射定律可知，入射角i 由
逐渐增大时，a、b 单色光的折射角都增大，a 单色光的折射角大于b
单色光，导致a、b 单色光在到达内芯和外套界面时的入射角都减小，且a 单色光入射角小于b 单色光，由
于a 单色光的折射率比b 单色光小，根据
可知，a 单色光发生全反射的临界角大于b 单色光，则a
单色光全反射现象先消失，故B 正确；
C．由于光在不同介质中的频率不变，根据
传播速度减小，由
波长减小，故C 错误；
D．当入射角
时，设a 单色光的折射角为r，根据折射定律有
可得
根据数学知识可知
根据几何关系可知，a 单色光的传播距离为
由
传播速度为
则a 单色光在介质中传播的时间为
故D 正确。故选ABD。
考点三 光路控制及光的色散现象
知识点1 常见三类光路的控制特点
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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 各种色光的比较与分析
1.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。
2．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
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
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考向1 平行玻璃对光路的控制
1．如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿
方向射向一立方体玻璃砖的上表面，得到三束平行光
线I、II、III，玻璃砖的下表面有反光膜，下列说法正确的是（ ）
A．光束I 为复色光，光束II、III 为单色光
B．光束III 的频率大于光束II 的频率
C．改变
角，光线I、II、III 无法保持平行
D．在玻璃砖中，光束II 的速度小于光束III 的速度
【答案】AD
【详解】A．两种色光都在玻璃砖的上表面发生了反射，入射角相同，由反射定律知，它们的反射角相同，
可知光束I 是复色光；而光束II、III 由于折射率的不同导致偏折分离，所以光束II、III 为单色光，故A 正
确；
B． 光路如图所示：
由图可知光束II 的偏折程度大于光束III 的偏折程度，根据折射定律可知玻璃对光束II 的折射率大于对光
束III 的折射率，则光束II 的频率大于光束III 的频率，故B 错误；
C．一束由两种单色光混合的复色光沿PO 方向射入，经过折射、反射、再折射后，光线仍平行，这是因为
光反射时入射角与反射角相等，改变
角，光线I、II、III 仍保持平行，故C 错误；
D．由图可知，玻璃砖对光束II 折射率更大，根据
可知，在玻璃砖中，光束II 的速度小于光束III 的
速度，故D 错误。故选AD。
考向2 三棱镜对光路的控制
2．如图所示，从点光源S 发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生
色散现象，在光屏的ab 间形成一条彩色光带。下面的说法中正确的是（ ）
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A．在真空中a 侧光的波长小于b 侧光的波长
B．三棱镜对a 侧光的折射率大于对b 侧光的折射率
C．在三棱镜中a 侧光的传播速率大于b 侧光的传播速率
D．在同样条件下做双缝干涉实验，a 侧光的相邻两亮条纹间距小于b 侧光的
【答案】ABD
【详解】红光的折射率小，所以偏折角小，故b 侧光为红色光，a 侧光为紫色光，红色光的波长比紫色光
的波长长，由
可得在玻璃中红光的传播速率也比紫色光的大，在同样条件下做双缝干涉实验，由
可得红光相邻两亮条纹间距也比紫色光的大，故A、B、D 正确，C 错误。故选ABD。
考向3 圆柱玻璃对光路的控制
3．如图所示，一束复色光射向半圆形玻璃砖的圆心O，经折射后分为两束单色光a 和b，下列判断正确的
是（ ）
A．a 光在玻璃中的速度大于b 光在玻璃中的速度
B．a、b 两束光遇到同样的障碍物时，a 光更容易发生明显衍射
C．增大复色光的入射角，在玻璃砖的右边最先消失的是a 光
D．用a、b 两束光分别照射到同一金属表面，b 光更容易使金属发生光电效应
【答案】C
【详解】根据光路，单色光a 在空气中的角度较大，所以根据折射定律，a 光对玻璃的折射率较大。
A．根据折射率与速度的关系式
可知，a 光在玻璃中的速度小于b 光在玻璃中的速度。A 错误；
BD．折射率越大的光，其频率越大，用a、b 两束光分别照射到同一金属表面，a 光更容易使金属发生光
电效应。根据频率与波长的关系式
，a 光在波长小于b 光的波长，而波长越短，越难发生明显衍射。
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所以a、b 两束光遇到同样的障碍物时，a 光更难发生明显衍射。BD 错误；
C．根据全反射公式
，a 光对玻璃的临界角较小，所以增大复色光的入射角，在玻璃砖的右边最
先消失的是a 光。C 正确。故选C。
1．（2023 年湖北卷高考真题）如图所示，楔形玻璃的横截面POQ 的顶角为
，OP 边上的点光源S 到顶
点O 的距离为d，垂直于OP 边的光线SN 在OQ 边的折射角为
。不考虑多次反射，OQ 边上有光射出部
分的长度为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【详解】设光线在OQ 界面的入射角为
，折射角为
，几何关系可知
，则有折射定律
光线射出OQ 界面的临界为发生全反射，光路图如下，其中
光线在AB 两点发生全反射，有全反射定律
即AB 两处全反射的临界角为
，AB 之间有光
线射出，由几何关系可知
故选C。
2．（2023 年湖南卷高考真题）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，
设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α 大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激
光光束，下列说法正确的是（ ）
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A．水的折射率为
B．水的折射率为
C．当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D．当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
【答案】BC
【详解】AB．他发现只有当α 大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，则说明α = 41°时
激光恰好发生全反射，则
则
，A 错误、B 正确；
CD．当他以α = 60°向水面发射激光时，入射角i1 = 30°，则根据折射定律有nsini1 = sini2折射角i2大于
30°，则岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°，C 正确、D 错误。故选BC。
15
