第14章 第1讲 光的折射、全反射-【金版教程】2026年高考物理一轮复习解决方案全书word

学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 15.ZXXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 第十四章 光 第 讲 光的折射、全反射 教材阅读指导 (对应人教版选择性必修第一册相关内容及问题) 第四章第1节图4.1-2，若光线沿着BO方向射向界面，折射光线的方向如何？ 提示：由光路可逆性，折射光线沿OA方向。 2 第四章第1节图4.1-3中光线AB段和CD段的夹角为多大？ 提示：夹角为0°。 3 第四章第2节阅读[演示]“观察全反射现象”，图4.2-1，逐渐增大入射角，反射光和 折射光的亮度怎样变化？ 提示：反射光越来越亮：折射光越来越暗，当折射角达到90”时，折射光完全消失。 4第四章第2节[练习与应用]T3。 提示：如图所示。 30 5 第四章[复习与提高]A组T4 提示：设入射角为i时，装种单色光的折射角为0，则t=s,o=cm,n=sinisin0,s=2Rsin日 ,联立得1=2 Rsinic,则ta=tc 考点一折射定律 折射率 基础梳理 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spl0进入第2种介质，这个现象叫作光的 1 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 5.ZXXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 折射（如图所示）。 介质1 人射光线、 反射光线 折射光线 介质2 2.折射定律 适用于光由一介质科着射入另一种介质 (1)内容：折射光线与入射光线、法线处在sp102同一平面内，折射光线与入射光线分别位 于法线的spl03)两侧；入射角的正弦与折射角的正弦spl04成正比。 (2)表达式：supl05sm01sm02=m12,式中m12是比例常数。 3.折射率 (1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，spl06入射角的正弦与swpl07)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。 真空的斯射率有山，空免的斯射率辽以为( (2)物理意义：折射率反映介质的p1O8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=sm01sm02。 (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 supl(09 在这种介质中的传播速度0之比，即n=cv。由于c>0,故任何介质的折射率都 (填 “太于”或“小于”儿 由必可知，光从真空射入介 质，入射角唇是大于扬射角 梳理检测 1。光的传播方向发生改变的现象叫光的折射。() 2.光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发生改变。() 3.根据m01sn02=n可知，介质的祈射率与入射角的正弦值成正比，与折射角的正弦值成 反比。() 4.根据n=cv可知，介质的折射率与介质中的光速成反比。() 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 答案：1.×2.×3.×4.√ 深化理解 1.对折射率的理解 (I)公式n=sin01sm02中，光不论是从真空射入介顾，还是从介质射入真空，01都是指真空 中的光线与法线间的夹角，0，都是指介质中的光线与法线间的夹角。 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，0=m。 (③)折射率由介质本身的性质和入射光的频率共同决定，与入射角和折射角的大小无关。 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射出。 「题组强化 例1如图所示为光由空气射入某种介质时的折射情况，光在真空中的传播速度为℃。求： (1)介质的折射案n: (2)光在介质中的传播速度0。 [答案1(1)6)2(2)6)3c [解析](1)由题图分析可知，光在0点的入射角01=90°-30°=60° 光在0点的折射角02=90°一45°=45° 根据折射定律有n=smm01sn02 解得n=6)2。 (2)根据折射率与光速的关系有7=cm 解得0=6)3c。 例2(2024广东省惠州市高三上第一次调研)2021年12月9日，航天员王亚平在中国空间站 为青少年带来了一场精彩纷呈的太空科普课，她在水膜里注水，得到了一个晶莹剔透的水球， 如图所示，N是通过该水球球心O的一条直线，与球右表面交于C点，一束单色光AB平 行于N从B点射入球体时，光线从C点射出，已知水球半径为R,光线AB距MN的距离 为3)2R,光在真空中的速度为c。求： 3 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.ZXXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 (1)水对此单色光的折射率： (②)此单色光在水球内传播所用的时间。 [答案](1)3(2)3Rc [解析](1)根据题意画出水球内的光路图，如图所示。 A 根据折射定律，可得水对此单色光的折射率为n=sinisinr 很据几何知识可得sni=r(32R 且=2r 解得n=3。 (②)光在该水球中的传播速度为D=cn 由几何知识可得，光在水球中传播的距离为saC=2Rcos7 则此单色光在水球内传播所用的时间t=sBCv 联立可得t=Rc。 考点二 全反射 基础梳理 1.光密介质与光疏介质 (1)光密介质：折射率spl01较大的介质。 (2)光疏介质：折射率sp102较小的介质。 (3)光密介质与光疏介质是s103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。 2.全反射 (1)条件：①光从光密介质射入spl04)光疏介质： ②入射角spl05)等于或大于临界角 (2)现象：折射光完全消失，只剩下sup1(06)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=supl07ln。 3.全反射的应用 学科网书城圆 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 (1)全反射棱镜：用来改变光的方向。 全反射枝镜 光导纤维 (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Lspl08大于外套的折射率，即内芯是s up1(09)光密介质，外套是splI0)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spl1)大于 临界角，从而发生全反射。 梳理检测 1.当光发生全反射时反射光的能量小于入射光的能量。()》 2.光从空气射入玻璃时，只要入射角足够大就可能发生全反射。() 3.在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里。() 答案：1.×2.×3.√ 深化理解 全反射的理解 ()如果光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。 (②)光的全反射遵循光的反射定律，光路是可逆的。 (3)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。当折射角等于90”时，实际上己经没有折射光了。 (4)从能量角度理解全反射现象：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程 中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量遂渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能 量减弱为零，这时就发生了全反射。 题组强化 例3(2025·福建省泉州市高三上月考)单反相机取景器的核心光学部件是一个五棱镜，如图 乙所示，棱镜的部分角度己在图中标出。一细束光垂直AB面射入棱镜，在CD面发生全反 射，然后射到DE面和EA面，最终垂直BC面射出，则棱镜对这束光的折射案() 5 学科网书城圆 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 甲 A.一定等于3)3 B.可能小于3)3 C.可能大于2 D.一定等于2 [答案]C [解析]根据几何关系可知，光在CD面的入射 角日=90°一60°=30°，由于光在CD面发生全反射，则发生全反射的临界角C≤30°，根 据折射率与全反射临界角的关系式有n=1smC,解得n≥2。故A、B、D错误，C正确。 例4如图所示，图中阴影部分ABC为一由折射率n=53的透明材料做成的柱形光学元件的 横截面，AC为一半径为R的四分之一圆弧，在圆弧的圆心O处有一点光源，ABCO构成 正方形，若只考虑首次从AC面直接射向AB、BC面的光线，真空中的光速为c,求： (I)光在AB面上发生全反射的临界角： (2)横截面中AB面有光射出的区域长度。 [答案](1)37°(2)34R [解析](I)设光在AB面上发生全反射的临界角为C,有sinC=In 解得C=37°。 (2)如图所示，若沿OE方向射到AB面上的光线刚好发生全反射，则∠AOF=37°，可知 AB面有光射出的区域为AE,根据几何关系可得AE=Rtan37°=34R。 考点三 光的折射和全反射的综合应用 题组强化 例5(2024江苏高考)现有一束光以相同的入射角6，打在两杯不同浓度的NaCI溶液甲、乙 6 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.ZxXk.c0m○ 您身边的互联网+教辅专家 中，折射光线如图所示(<B2),已知NaCI溶液的折射率随NaC浓度的增大而增大。则() A.甲溶液折射率较大 B.甲溶液的NaCl浓度较小 C.光在甲溶液中的传播速度较大 D.光在甲中发生全反射的临界角较大 [答案]A [解析]设甲、乙溶液的折射率分别为、2，则根据题意有m=sm0smB1,m2=sinesinB2., 而B<B2,则h>n2,A正确：根据A项分析，结合题目信息可知，甲溶液的NaCl浓度较大， B错误；根据A项分析，结合n=cy可知，光在甲溶液中的传播速度较小，C错误；根据A 项分析，结合siC=ln可知，光在甲中发生全反射的临界角较小，D错误。 例6(2024全国甲卷)一玻璃柱的折射率n=3,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。 [答案]2+r22 [解析]光线进入柱体后射到BC边恰好发生全反射的光路图如图所示 由折射定律可知n=sinasin心 设全反射临界角为C,有sinC=1n 由几何知识可知a=B+C hR=sin a 联立并代入数据，解得hR=2+2)2。 关键能力升华 学科网书城圆 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 分析折射和全反射综合问题的思路 ()首先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)光从光密介质进入光疏介质时，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（或求出全反射临界角，画出临界光线）。 3)然后画出反射、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），再 由光学规律结合几何知识推断和求解相关问题。 跟进训练(2025广西柳州市高三上一模)如图所示，一游泳池水面与池边相平，水深为h, 池底中心一点光源发出的光线只能在其正上方半径为的圆形区域内射出水面。一救生员坐 在高椅上，他的眼晴到池边的水平和竖直距离均为1，则救生员能看到水底最近的点对应光 线与左侧壁的夹角的正弦值为( A.2)r2\r(r2+h2) B.2)rir(r2+h2) C.r2r(r2+h2) D.ririr2+h2) 答案：A 解析：救生员看到水底最近的点对应光线在水面的入射角为0，设折射角为a,由几何关系可 知ana=L,得a=45°，根据折射定律得，池水的折射率n=sinasin0,对于池底中心点光 源发出的、恰好发生全反射的光线，其全反射临界角C的正弦值sinC=rr2十h2,根据全 反射临界角与折射率的关系有n=1smC,联立解得sin0=2)r2rr2+h2),故选A。 课时作业 [A组基础巩固练] 1,(人教版选择性必修第一册第四章第1节[练习与应用]T1改编（多选）光由空气射入半圆形 玻璃砖，再由玻璃砖射入空气，O点是半圆形玻璃砖的圆心，下图中可能发生的是() 答案：BC 解析：光由空气斜射入半圆形玻璃砖时，折射角应小于入射角，故A不可能发生，B可能发 生；当光由半圆形玻璃砖斜射入空气时，折射角应大于入射角，若入射角大于临界角，会发 8 学科网书城圆 品牌书店·知名教辅·正版资源 Mb.zxxk.com● 您身边的互联网+教辅专家 生全反射，故C可能发生，D不可能发生。 2.(2024海南高考)一正三角形OPQ玻瑞砖，某束光线垂直于OP射入，恰好在PQ界面发 生全反射，则玻璃砖的折射率为() A.2 B.3 C.3)3 D.2 答案：C 解析：光线垂直于OP射入玻璃砖，则在OP界面传播方向不变，如图所示，根据几何关系 可知，光线在PQ界面的入射角为C=60°，很据全反射的临界角与折射率的关系可知sC -1n,解得n=3)3,故选C。 3.(2024重庆高考)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，就能得到液体 的折射率。忽略器壁厚度，由该方案可知() A.若h=4cm,则n=3 B.若h=6cm,则n=43 C.若n=54,则h=10cm D.若n=32,则h=5cm 答案：B 解析：设单色光从空气入射到液体表面中心时的入射角为©，折射角为02，如图所示，在△ OAB中，由反射定律及儿何关系可知，∠OAB=0,∠AOB=A,则sin01=sin∠OAB=OBOA =8cmOA,sim02=sn∠AOB=ABOA=hOA,故根据折射定律可得n=sm01smm02=8cmh。 若h=4cm,则n=2,故A错误：若h=6cm,则n=43,故B正确：若n=54,则h=325cm ,故C错误：若n=32,则h=163cm,故D错误。 9 学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.ZXXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 4.(多选)在光纤制造过程中，由于拉伸速度不均匀，会使得拉出的光纤偏离均匀的圆柱体， 而呈现圆台形状。如图，置于空气中的某种材料制成的光纤内芯，其上、下截而间距为L, 圆台底角为0，折射率为n,真空中光速为c。某单色光垂直下截面射入光纤，则() A.射入光纤后光的频率不变 B.从上方截面射出的光束一定是平行光 C.光通过此光纤到达上截面的最短时间为Lc D.若满足sin0>1n,则光在第一次到达光纤侧面时能从光纤侧面射出 答案：AC 解析：光的频率由光源决定，与介质无关，所以射入光纤后光的频率不变，故A正确：从下 方截面射入的光，直接射向上方截面时，射出的光束与上方截面垂直，通过光纤侧面反射后 再从上方截面射出时，射出的光束与上方截面不垂直，所以从上方截面射出的光束不是平行 光，B错误；光通过此光纤到达上截面的最短路程为L,光在光纤中的传播速度为？=cm,则 光通过此光纤到达上截面的最短时问为t=Lv=nLc,C正确；设光从此光纤射向空气发生全 反射时的临界角为C,则有siC=1n,由几何知识知，光第一次到达光纤侧面时的入射角等 于0，当0>C,即sin0>1n时，发生全反射，光不能从光纤侧面射出，D错误。 5.(2025四川省泸州市高三上第一次教学质量诊断)如图所示，一个半圆形玻璃砖可在纸面内 绕过圆心O点的轴转动，一束单色光沿半径方向射入。当玻璃砖底面与光屏平行时，光束经 玻璃砖射到光屏上的P点，测出入射光在O点与法线间的夹角0=30°，O点到光屏的垂直 距离h=10cm,P点距玻璃砖圆心O的距离x=20cm。现保持入射光线不变，使玻璃砖绕O 点顺时针转动15°，则() A.光透过玻璃砖射到光屏上的点在P点的左边 10