第四章 光及其应用 习题课三 光的折射、全反射(课件PPT)-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册（粤教版）

光的折射、全反射 习题课三 核心素养导学 物理观念 (1)进一步认识光的折射现象、折射率和光的全反射现象，能解释身边的光的折射与全反射现象，能说明光纤技术在生产生活中的应用。 (2)具有与光的折射和全反射相关的运动与相互作用观念和能量观念。 科学思维 能够画出光路图，根据光的折射定律和全反射的规律解决光的传播问题。 科学态度与责任 认识到物理研究是一种对的创造性的工作，有进行科学普及的兴趣和责任感。 综合提能(一)　几何光学的综合应用 综合提能(二)　测量水的折射率的四种方法 01 02 CONTENTS 目录 课时跟踪检测 03 综合提能(一)　几何光学的综合应用 1.光的折射和全反射的综合应用 融通知能 物理观念 应用原理 常用公式 法线画法 几何光学 ①光的直线传播规律 ②光的反射定律 ③光的折射定律 ④光路可逆原理 ①折射定律公式：n= ②折射率与光速的关系n= ③全反射的临界角sin ic= ①法线画成虚线 ②法线垂直于界面，如果界面是圆面，那应该垂直于圆的切线，即法线沿半径指向圆心 2.光的折射和全反射综合问题的解题思路 (1)确定光是由光密介质进入光疏介质，还是由光疏介质进入光密介质，并根据sin ic=确定临界角，判断是否发生全反射。 (2)画出光线发生折射、反射的光路图(全反射问题中关键要画出入射角等于临界角的“临界光路图”)。 (3)结合光的反射定律、折射定律及临界角ic、几何关系进行分析与计算。　 [典例]　(2025·广东深圳阶段练习)如图所示为固定 的半圆形玻璃砖横截面，O点为圆心，OO'为直径MN 的垂线。一足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于 MN。由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO'夹角θ较小时，光屏NQ区域出现两个光斑;逐渐增大θ角，当θ=α时，光屏NQ区域A光的光斑消失;继续增大θ角，当θ=β时，光屏NQ区域B光的光斑消失。则 (　 ) A.玻璃砖对A光的折射率比对B光的小 B.A光在玻璃砖中传播速度比B光的小 C.α<θ<β时，反射光和折射光在光屏上总共形成1个光斑 D.β<θ<时，反射光和折射光在光屏上总共形成2个光斑 √ [解析]　根据题意，当θ角逐渐增大时，A光的光斑先消失，表明A光在MN界面发生了全反射，A光发生全反射的临界角较小，根据n=，可知玻璃砖对A光的折射率比对B光的大;根据v=可知，A光在玻璃砖中传播速度比B光的小，故A错误，B正确;当α<θ<β时，A光发生全反射，B光既有反射光也有折射光，光屏上有2个光斑，故C错误;当β<θ<时，A、B光均发生全反射，光屏上仅有反射光，所以光屏上只有1个光斑，故D错误。 1.(多选)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 (　 ) 针对训练 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° √ √ 解析：只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到潜水员发出的激光光束，则说明α=41°时激光恰好发生全反射，则sin (90°-41°)=，解得n=，A错误，B正确;当潜水员以α=60°向水面发射激光时，入射角i1=30°，则根据折射定律有nsin i1=sin i2，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。 2.(2024年1月·河南高考适应性演练)(多选)如图，将一平面镜置于某透明液体中，光线以入射角i=45°进入液体，经平面镜反射后恰好不能从液面射出。此时，平面镜与水平面(液面)夹角为α，光线在平面镜上的入射角为β。已知该液体的折射率为，下列说法正确的是(　 ) A.β=30° B.β=37.5° C.若略微增大α，则光线可以从液面射出 D.若略微减小i，则光线可以从液面射出 √ √ 解析：根据=n，解得光线在射入液面时的折射 角为r=30°，光线经平面镜反射后，恰好不能从液 面射出，光路图如图，有sin C=，解得∠C=45°，由几何关系可得2β+ +=180°，解得β=37.5°，故A错误，B正确;若略微增大α，则光线在平面镜上的入射角β将变大，根据上面分析的各角度关系可知光线射出液面的入射角变大，将大于临界角，所以不可以从液面射出，故C错误; 同理，若略微减小i，则r减小，导致光线在平面镜上的入射角β减小，可知光线射出液面的入射角变小，将小于临界角，可以从液面射出，故D正确。 3.如图，一个半径为R的玻璃球，O点为球心。球面内侧单色点光源S发出的一束光在A点射出，出射光线AB与球直径SC平行，θ=30°。光在真空中的传播速度为c。求： (1)玻璃的折射率; 答案：　 解析：如图甲所示，可知入射角与折射角分别为θ、2θ，因此n==。 (2)从光源S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。 答案： 解析：当光线在玻璃球内的路径为正三角形时，路径 最短，但此时光在玻璃球内不发生全反射，故考虑光的路 径为正方形，如图乙所示，由全反射知识可知sin C==< ，光线可在玻璃球内发生全反射，回到S点的最短时间t=，又n=，所以t=。 综合提能(二)　 测量水的折射率的四种方法 1.成像法 原理：利用水面的反射成像和水面的折射成像。 方法：如图所示，在一盛满水的烧杯中，紧挨杯口竖直插一直尺AB，在直尺的对面观察水面，能同时看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若从点P看到直尺在水下最低点的刻度B的像B'(折射成像)恰好跟直尺在水面上刻度A的像A'(反射成像)重合，读出AC、BC的长，量出烧杯内径d，即可求出水的折射率：n= 。 融通知能 2.插针法 原理：利用光的折射定律。 方法：如图所示，取一方木板，在板上画出互相垂直 的两条线AB、MN，从它们的交点O处画直线OP(使∠PON <45°)，在直线OP上竖直插两枚大头针P、Q。把木板竖直 插入水中，使AB与水面相平，MN与水面垂直。在水面上 观察，调整视线使P的像被Q的像挡住，再在木板上插大头针S、T，使S挡住Q、P的像，T挡住S及Q、P的像。从水中取出木板，画出过S、T的直线，量出图中的角i、r，则水的折射率n=。 3.视深法 原理：利用视深公式h'=。 方法：在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆，在水面上方吊一根针，如图所示。调节针的位置，直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合，测出针尖距水面距离即为杯中水的视深h'，再测出水的实际深度h，则水的折射率n=。 4.全反射法 原理：利用全反射现象。 方法：在一盛满水的大玻璃缸下面放一发光电珠，如图所示。在水面上观察，看到一圆的发光面，量出发光面直径D及水深h，则水的折射率 n=。 [典例]　在用“插针法测定玻璃砖折射率”的实验中。 (1)如图1所示，甲同学在实验过程中画出平行玻璃砖的边界①、入射光线②、折射光线③和出射光线④，下列关于实验中画这四条线的先后顺序正确的是(　 ) A.①②③④ B.②①③④ C.①②④③ D.②①④③ √ [解析]　在用“插针法测定玻璃砖折射率”的实验中，应先画平行玻璃砖的边界①，然后画出法线，再画出入射光线②，再画出出射光线④，最后连接入射点和出射点，画出折射光线③，所以先后顺序为①②④③，故选C。 (2)“测定玻璃砖折射率”实验利用的原理是 (　 ) A.光的折射 B.光的干涉 C.光的衍射 D.光的偏振 √ [解析]　用插针法“测定玻璃砖折射率”的实验利用的原理是光的折射，故选A。 (3)乙同学在纸上画出的界面ab、cd与矩形玻璃砖位置的关系如图2所示，已知玻璃砖宽度与ab、cd间距相等，实验时将玻璃砖向下平移一小段距离，其他操作均正确，且以ab、cd为界面画光路图。则该同学测得的折射率与真实值相比 (　 ) A.偏大 B.偏小 C.不变 D.无法确定 √ [解析]　根据题意作图，如图所示，通过作图可知，入射角和折射角大小均没有改变，故该同学测得的折射率与真实值相比不变，故选C。 1.某同学用如图所示的方法测量水的折射率：在一个圆柱形容器中紧贴着器壁竖直插入一根直尺，眼睛在容器外的P处斜向下观察。容器中没有水时，恰好可以看到A处;装满水时，在观察位置不变的情况下，恰好可以看到B处。他分别测出了A、B两处与水面的距离hA、hB以及容器的直径d。由此求出水的折射率为 (　 ) 针对训练 A. B. C. D. 解析：由题意可作出光路图如图所示，由图可知， 水的折射率n===，故D正确。 √ 2.如图所示，在水面上放置一个足够大的遮光板，板上有一个半径为r的圆孔，圆心的正上方h处放一个点光源S，在水面下深H处的底部形成半径为R的圆形光亮区域(图中未画出)。测得r=8 cm，h=6 cm，H=24 cm，R= 26 cm，求水的折射率。 答案： 解析：作出光路图如图所示， 可知sin θ1==0.8， sin θ2==0.6 由折射定律有：n=，得n=。 3.某研究小组的同学根据所学光学知识，设计了一 个测液体折射率的仪器。如图，在一圆盘上过其圆心O 作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上垂直盘面 插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变;每次测量时让圆盘的BFC部分竖直浸入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像。同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插位置，就可直接读出液体折射率的值。 (1)若∠AOF=30°，OP3与OC的夹角为30°，求P3处所对应的折射率值; 解析：由折射定律有n===。 答案：　 (2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率值大? 答案：P4 解析：P4处对应的入射角较大，根据折射定律可知P4对应的折射率大。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.(多选)下列说法正确的是 (　 ) A.因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质 B.因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质 C.同一束光，在光密介质中的传播速度较大 D.同一束光，在光密介质中的传播速度较小 √ √ 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 解析：因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质，故A错误，B正确;由v=可知，光在光密介质中的速度较小，故C错误，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 2.地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是 (　 ) √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，即光线由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角，画出光路图如图所示，则从高到低θ下逐渐减小，则光线应逐渐趋于竖直方向。故选A。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 3.(多选)下述现象哪些是由于全反射造成的 (　 ) A.露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮 B.直棒斜插入水中时呈现弯折现象 C.口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，当他们喜出望外地奔向那潭池水时，池水却总是可望而不可即 D.在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮 √ √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下部分位置发生全反射，故格外明亮，A符合题意;直棒斜插入水中时呈弯折现象是光的折射，B不符合题意;口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，是全反射现象，C符合题意;盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮，是由于发生了全反射，D符合题意。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 4.(多选)有一束单色光从介质A穿过介质B再折向介质C，如图所示，下面说法中正确的是 (　 ) A.介质B的折射率最大 B.介质C的折射率最大 C.光在介质B中的速度最大 D.光在介质C中的速度最大 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：由光路的可逆性，假设光分别由介质B进入介质A和介质C，根据折射率的物理意义知介质C的折射率比介质A的大，即nC>nA>nB，A错误，B正确;利用n=可以判断出，光在介质B中传播速度最大，在介质C中传播速度最小，C正确，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 5.一个等腰直角三棱镜的截面如图所示，一细束蓝光从AC面的P点沿平行底面AB方向射入棱镜后，经AB面反射，再从BC面的Q点射出，且有PQ∥AB(图中未画光在棱镜内的光路)。如果将一细束绿光仍从P点沿平行底面AB方向射入三棱镜，则从BC面射出的光线 (　 ) A.仍从Q点射出，出射光线平行于AB B.仍从Q点射出，出射光线不平行于AB C.可能从Q'点射出，出射光线平行于AB D.可能从Q″点射出，出射光线平行于AB √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：将蓝光换成绿光，其折射率变小，在AC面的折射角变大，光路如图所示，可能从Q ″点射出且平行于AB，故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 6.如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片做成的中空三棱镜，里面是空气，一束白光A从棱镜的左边射入，从三棱镜的右边射出时发生色散，射出的可见光分布在a点和b点之间，则 (　 ) A.从a点射出的是红光，从b点射出的是紫光 B.从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光 C.从a点和b点射出的都是紫光，从a、b中点射出的是红光 D.从a点和b点射出的都是红光，从a、b中点射出的是紫光 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：由题意，忽略玻璃对光的折射作用，可视为光从水射入空气，由于水对紫光的折射率比对红光的大，所以在入射角相同的情况下，折射角不同，紫光的折射角大于红光，故从a点射出的为紫光，从b点射出的为红光，故B正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 7.如图所示是一个圆柱体棱镜的截面图，图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON，ON边可吸收到达其上的所有光线。已知该棱镜的折射率n=，若平行光束垂直入射并覆盖OM，则光线(　 ) A.不能从圆弧NF1射出 B.只能从圆弧NG1射出 C.能从圆弧G1H1射出 D.能从圆弧H1M射出 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：由该棱镜的折射率为n=，可知其临界角ic满足sin ic==，由题图中的几何关系可求出GG1右边的入射光线全部发生全反射，GG1左边的入射光线没有发生全反射，所以光线只能从圆弧NG1射出，B正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 8.如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，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45°。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为 (　 ) A.d B.d C.d D.d 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：设垂直于OP边的光线在OQ边的入射角为α，折射角为β，由几何关系可知α=30°，则由折射定律可得折射率n==，光线射出OQ边的临界条件为恰好发生全反射，光路图如图所示，其中OB⊥CS，光线在A、B两点发生全反射，可知sin C==，即A、B两处全反射的临界角为45°，A、B之间有光线射出，由几何关系可知AB=2AC=2CS=OS =d，故选C。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 9.(2024·甘肃高考)(多选)如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O，当θ=30°时，反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是 (　 ) A.该材料对红光的折射率为 B.若θ=45°，光线c消失 C.若入射光a变为白光，光线b为白光 D.若入射光a变为紫光，光线b和c仍然垂直 √ √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：根据几何关系可知，从材料内发生折射时光线的折射角为60°，故折射率为n==，故A正确;设临界角为C，则sin C= =<，故C<45°，若θ=45°，入射角大于临界角，会发生全反射，光线c消失，故B正确;由于光线b为反射光线，反射角等于入射角，故当入射光a变为白光，光线b也为白光，故C正确;对同种介质，紫光的折射率比红光大，故若入射光a变为紫光，折射角将变大，反射光不变，光线b和c不会垂直，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 10.在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示。有一半径为r的圆柱形平行光束垂直射入到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为 (　 ) A.r B.1.5r C.2r D.2.5r √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：若折射率大于，则临界角小于60°，光路如图所示，由几何关系可知ON=r，OA=2r，∠AOM=∠OMA=30°，即AM=OA=2r，故光斑半径为2r，故C正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 11.(12分)(2024年1月·广西高考适应性演练)光学反射棱镜被广泛应用于摄像、校准等领域，其中一种棱镜的截面如图，eh边为镀膜反射面，ef=eh，fg=gh，∠e=60°，∠g=120°，棱镜的折射率为，光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s，若细光束从O点以60°的入射角从真空射入棱镜，求： 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (1)光在上述棱镜中传播速度的大小;(4分) 解析：由n=，可得光在棱镜中传播速度的大小为v== m/s= ×108 m/s。 答案：×108 m/s　 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (2)光束从棱镜中射出的折射角，并完成光路图。(8分) 答案：60°　 解析：作出光路图如图所示 由光的折射定律n=，其中θ1=60°， 解得θ2=30°， 由几何知识可知θ3=60°， 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 根据sin C=可得， 临界角满足30°<C<45° 故光束在O1处发生全反射，根据几何关系可知，光束垂直射到eh边，根据光路的可逆性，则光束沿着原路返回，故光束在O处发生折射，根据折射定律，光束从棱镜中射出的折射角为60°。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 12.(14分)如图，平静湖面岸边的垂钓者，眼睛恰好位于岸边P点正上方h1=0.9 m的高度处，浮标Q离P点s1=1.2 m远，PQ水平，鱼饵灯M在浮标正前方s2=1.8 m处的水下，垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住，已知鱼饵灯离水面的深度h2=2.4 m，求： 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (1)水的折射率n;(6分) 答案：　 解析：设空气中和水中光线与法线的夹角分别为i、r 则有：sin i=，sin r= 根据光的折射定律可知n=， 联立并代入数据得：n=。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (2)若让鱼饵灯继续缓慢竖直下沉至恰好有光线从P处射出，则下沉距离Δh多大?(=2.6)(8分) 解析：当光线恰好从P处射出时，鱼饵灯与P点的连线和竖直方向夹角为临界角ic，则有sin ic=， 又sin ic=， 解得Δh= m-2.4 m=0.2 m。 答案：0.2 m 本课结束 $$