第14章 第一讲 光的折射 全反射（课件）-【创新方案】2026年高考物理一轮复习（江苏北京）

第十四章 光 1 光的折射 全反射 第 一 讲 |纲举目张|·|精要回顾| 同一 两侧 之比 频率 光密介质 光疏介质 等于或大于 反射光 微点判断 (1)光的传播方向发生改变的现象叫光的折射。 ( ) (2)折射率跟折射角的正弦成正比。 ( ) (3)只要入射角足够大，就能发生全反射。 ( ) (4)折射定律是托勒密发现的。 ( ) (5)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小。 ( ) √ × × × × (6)已知介质对某单色光的临界角为C，则该介质的折射率等于。 ( ) (7)(人教版课后习题)光从折射率为的介质中以40°的入射角射到介质与空气的界面上时能发生全反射。 ( ) √ × 1 逐点清(一)　光的折射(重难点疏通) 2 逐点清(二)　光的全反射(重难点疏通) CONTENTS 目录 4 课时跟踪检测 3 逐点清(三)　光的色散、光路的控制问题(重难点疏通) 逐点清(一)　 光的折射(重难点疏通) |关键知能|·|升维学习| 1.对折射率的理解 (1)公式n=中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角。 (2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 (3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。 (4)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v=。 2.解决光的折射问题的一般思路 (1)根据题意画出正确的光路图。 (2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准。 (3)利用折射定律、折射率公式求解。 (4)注意：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。 [典例]　(2025·无锡模拟)古代学者早已认识到光沿直线传播，战国时期《墨经》中就记载了小孔成倒像的实验。如图，一身高为L的实验者站在水平地面上，距他正前方s处的竖直墙上有一个圆柱形孔洞，其直径为d(d≪L)，深度为h，孔洞距水平地面的高度是实验者身高的一半。由于孔洞深度过大，使得光屏上成像不完整。现用厚度等于洞深的透明均匀介质填充孔洞，不考虑光在透明介质中的反射。 (1)若实验者通过小孔能成完整的像，求介质折射率的最小值n1； [答案]　(1) [解析]　(1)若实验者通过小孔能成完整的像，则实验者的最高点和最低点的像能够在光屏上呈现，由于d≪L，则可认为光线从实验者最高点和最低点进入介质的入射角一定，所以当折射角最大时，介质的折射率最小，作出此时光线从最高点进入介质的光路图如图1所示，根据几何关系可知 sin θ== sin α= 则由折射定律可知介质折射率的最小值为n1== 。 (2)若从实验者一侧进入孔洞的光均能成功出射，求介质折射率的最小值n2。 [答案]　(2) (2)由于在光的折射中折射角会随着入射角的增大 而增大，所以当射入介质的入射角最大的光能从孔洞成 功出射时，从实验者一侧进入孔洞的光均能成功出射， 因为入射角最大为90°，是一确定值，所以当入射角为 90°的光恰能成功出射时，介质的折射率最小，作出此种情况下的光路图如图2所示，则根据折射定律可知介质折射率的最小值为n2===。 题点1　对折射现象的理解 1.如图甲所示，一个装满水的圆柱形的薄玻璃缸里有一条小金鱼，小金鱼在水中静止时，俯视图如图乙所示。从侧面观察，下列说法正确的是(　 ) A.眼睛在ac延长线上观察，鱼向外即d点方向偏 B.眼睛在ac延长线上观察，鱼向内即圆心方向偏 C.眼睛在db延长线上靠近d点一侧观察到的鱼的大小大于眼睛在db延长线上靠近b点一侧观察到的鱼的大小 D.眼睛在db延长线上靠近d点一侧观察到的鱼的大小等于眼睛在db延长线上靠近b点一侧观察到的鱼的大小 √ 解析：如图1所示，眼睛在ac延长线上观察，鱼向外即d点方向偏，故A正确，B错误；如图2所示，眼睛在db延长线上靠近d点一侧观察到的鱼的大小小于眼睛在db延长线上靠近b点一侧观察到的鱼的大小，故C、D错误。 题点2　折射率的计算 2.(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16 cm，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h，就能得到液体的折射率n。忽略器壁厚度，由该方案可知(　 ) A.若h=4 cm，则n= B.若h=6 cm，则n= C.若n=，则h=10 cm D.若n=，则h=5 cm √ 解析：根据几何关系在光路图中作出边角关系，如图所示，根据折射定律及几何关系可得θ1+θ2=，n===。若h=4 cm，则n=2，故A错误；若h=6 cm，则n=，故B正确；若n=，则h= cm，故C错误；若n=，则h= cm，故D错误。 逐点清(二)　 光的全反射(重难点疏通) 1.求解全反射问题的四点提醒 (1)光密介质和光疏介质是相对而言的。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)在全反射现象中，遵循光的反射定律，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。 2.全反射问题的一般解题思路 (1)确定光是由光密介质进入光疏介质。 (2)应用sin C=确定临界角。 (3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射。 (4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图。 (5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题。 　[典例]　(2024·全国甲卷)一玻璃柱的折射率n=，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。 [解析]　画出光路图如图，可知=n=， 设临界角为C0，得sin C0==，cos C0=，根据几何关系可得α=β+C0，可得=，解得tan β=，故可得sin β=，故可知=sin α=sin β= 。 [答案]　 题点1　全反射条件的应用 1.(2024·海南高考)一正三角形OPQ玻璃砖，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(　 ) A. B. C. D.2 √ 解析：光路图如图所示，根据几何关系可知，光线在PQ界面的入射角为C=60°，根据全反射的临界条件可得sin C=，解得n=。故选C。 题点2　全反射与折射的综合应用 2.(2025·泗洪中学模拟)某同学为了测量苯和纯净水的折射率，设计了如图所示实验装置：在水平桌面上放置一个长方体水槽，水槽底部上表面镀有反射银镜，槽中倒入厚度均为d的纯净水和苯，激光束从紧贴水槽左壁、苯和水的分界面P点处射向空气分界面，当激光射向分界面Q点时刚好发生全反射，此时由水槽底部镜面第一次反射的激光束经水和苯折射后射向空气分界面处的M点，测得M、Q两点到水槽左边缘的距离分别为b和a。已知苯的折射率比纯净水大，空气折射率近似等于1，光由折射率为n1的介质(入射角θ1)射向折射率为n2的介质(折射角θ2)满足=。求： (1)苯的折射率n1； 解析：(1)激光束从紧贴水槽左壁、苯和水的分界面P点处射向空气分界面，当激光射向分界面Q点时刚好发生全反射，设发生全反射的临界角为C，则sin C== 则苯的折射率n1=。 答案：(1) (2)水的折射率n2。 解析：(2)由题图中几何关系可知，光由苯射向水的入射角θ1=C 由光路可逆可知，从Q点到M点的光线是对称的，则光由苯射向水的折射角的正弦值满足sin θ2== 由于=，则水的折射率n2====。 答案：(2) 题点3　光导纤维 3.(2024·泰州模拟)光纤通信有传输容量大、传输衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点，我国的光纤通信起步较早，现已成为技术先进的几个国家之一，如图甲是光纤的示意图，图乙是光纤简化示意图(内芯简化为长直玻璃丝，外套简化为真空)，玻璃丝长为AC=L，折射率为n，AB、CD代表端面，光从AB端面以某一入射角θ进入玻璃丝，在玻璃丝内部恰好发生全反射，知光在真空中传播速度为c，下列选项正确的是(　 ) A.内芯相对于外套是光疏介质 B.sin θ= C.光在玻璃丝中传播的速度为csin θ D.光在玻璃丝中从AB端面传播到CD端面所用的时间为L √ 解析：内芯相对于外套是光密介质，故A错误；由题目描述，θ不是临界角，故B错误；如图所示，临界角为β，设光在玻璃丝中传播速度为v，则n==，解得v=csin β，故C错误；由题描述可知，光进入玻璃丝内部后，在F点恰好发生全反射，光在玻璃丝中传播的路程为s=，传播的时间为t=，解得t=L，故D正确。 4.(2025·南通检测)光纤通讯已成为现代主要的有线通信方式。现有一长为l=1 km，直径为d=0.2 mm的长直光纤，一束单色平行光从该光纤一端沿光纤方向射入，经过t=5×10-6 s在光纤另一端接收到该光束。求： (1)光纤的折射率； 解析：(1)光束在长直光纤中传输的速度为v=，解得v=2×108 m/s 光纤的折射率为n=，解得n=1.5。 答案：(1)1.5 (2)如图所示该光纤绕圆柱转弯，若平行射入该光纤的光在转弯处均能发生全反射，求该圆柱体半径R的最小值。 解析：(2)如图所示，当光纤中最下面的光能发生全反射，则平行光在转弯处均能发生全反射 由几何关系可知 sin C=，又sin C== 解得Rmin=0.4 mm。 答案：(2)0.4 mm 逐点清(三)　光的色散、光路的控制问题(重难点疏通) 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 3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制   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 续表 题点1　三棱镜对光的色散 1.(2025·盐城调研)如图所示，三棱镜的AC面上镀有反射膜，一束白光斜射向AB面，经棱镜AB面折射、AC面反射、再经BC面折射后，在离BC面很近的屏MN的ab段形成光带。则(　 ) A.增大入射角，光束可能在AB面发生全反射 B.ab间为明暗相间的单色光带 C.棱镜材料对照射到a点的色光的折射率大 D.照射到a点的色光为红色 √ 解析：发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质并且入射角大于临界角，题目中的光线射向AB面是光从光疏介质射向光密介质，不可能发生全反射，故A错误；根据色散现象可知白光折射到ab间的是彩色光带，故B错误；红光的折射率最小，紫光的折射率最大，通过AB面时红光的偏折角最小，紫光的偏折角最大，在AC面反射后，经过反射定律可知到达BC面上的光线红光在左端，再经BC面折射后，红光在光带ab的最左端，故C错误，D正确。 题点2　平行玻璃砖对光的色散 2.(2024·广东高考)如图所示，红、绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以θ角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射，反射光射向PQ面。若θ逐渐增大，两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是(　 ) A.在PQ面上，红光比绿光更靠近P点 B.θ逐渐增大时，红光的全反射现象先消失 C.θ逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射 D.θ逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大 √ 解析：红光的折射率小于绿光的折射率，在MN面的入射角相同，根据折射定律n=可知，绿光在MN面的折射角较小，根据几何关系可知，在PQ面上，绿光比红光更靠近P点，故A错误；根据全反射发生的条件sin C=可知，红光发生全反射的临界角较大，θ逐渐增大时，折射光线与NP面的交点左移，在NP面的入射角逐渐减小，且红光在NP面上的入射角小于绿光在NP面上的入射角，所以红光的全反射现象先消失，故B正确；在MN面，光是从光疏介质射入到光密介质，无论θ多大，在MN面都不可能发生全反射，故C错误；根据折射定律n=可知，θ逐渐减小时，即入射角θ1减小，两束光在MN面折射的折射角逐渐减小，故D错误。 题点3　(半)圆柱体(球)对光的色散 3.(2025·江苏镇江期中)如图所示为半圆柱体玻璃的横截面，其中OD为直径，一束红、紫复色光沿AO方向从真空射入玻璃，经折射后分别到达圆弧面上的B、C两点，两色光从O到圆弧面的时间分别记作tB和tC，下列说法正确的是(　 ) A.OB是紫光，tB<tC B.OB是紫光，tB=tC C.OB是红光，tB<tC D.OB是红光，tB=tC √ 解析：红光的折射率小于紫光，所以紫光偏折角度更大，OB是紫光，光路如图所示，设光线的入射角为i，折射角为γ，光在玻璃中的传播路程为s，半圆柱体玻璃的半径为R，则光在玻璃中的速度为v=，由几何知识可得s=2Rsin γ，则光在玻璃中的传播时间为t== ，由折射定律得n=，即t=，因为两束光的入射角相同，所以两束光在介质中传播时间相等，B正确。 课时跟踪检测 (单击进入电子文档) $$