4.1-4.2光的折射和全反射-2025-2026学年高二物理同步讲练（人教版选择性必修第一册）

4.1-4.2光的折射和全反射 1.认识光的反射及折射现象，知道法线、入射角、反射角、折射角的含义。 2通过实验探究，理解折射率的概念和光的折射定律。 3.会测量玻璃等材料的折射率，通过实验体会光线模型的建构过程。 4.知道光密介质和光疏介质的概念，认识光的全反射现象。 5.知道全反射棱镜及其应用。 射水鱼在水中能准确射中水面上不远处的小昆虫。水中的鱼看到小昆虫在什么位置？是在昆虫的上方还是下方？ 考点一、折射定律 1．光的反射 (1)反射现象：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种介质的现象． (2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角． 2．光的折射 (1)折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会进入第2种介质的现象． (2)折射定律 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，即＝n12(式中n12是比例常数)． (3)在光的折射现象中，光路是可逆的． 考点二、折射率 1．定义 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝. 2．折射率与光速的关系 某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝. 3．理解 由于c＞v，故任何介质的折射率n都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1. 4．测量玻璃的折射率 如图 4.1-3，当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时，只要找出与入射光线 AO 相对应的出射光线 O′D，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线 OO′，于是就能测量入射角 θ1、折射角 θ2。根据折射定律，就可以求出玻璃的折射率了。 怎样确定与入射光线 AO 相对应的折射光线 OO′？ 在木板上面铺一张白纸，把玻璃砖放在纸上，描出玻璃砖的两个边 a 和 a′。然后，在玻璃砖的一侧插两个大头针 A、B，AB 的延长线与直线 a 的交点就是 O。眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使 B 把 A 挡住（图 4.1-3），这样大头针 A、B 就确定了射入玻璃砖的光线。 在眼睛这一侧再插第三个大头针 C，使它把 A、B 都挡住，插第四个大头针 D，使它把前三个大头针都挡住，那么，后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线。 在白纸上描出光线的径迹，测量相应的角度，计算玻璃的折射率 n。 实验中，应该采取哪些措施以减小误差？ 考点三、全反射 1．光疏介质和光密介质 (1)光疏介质：折射率较小(填“大”或“小”)的介质． (2)光密介质：折射率较大(填“大”或“小”)的介质． (3)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的． 2．全反射现象 (1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射．若入射角增大到某一角度，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象． (2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．用字母C表示，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sin C＝. (3)全反射发生的条件 ①光从光密介质射入光疏介质． ②入射角等于或大于临界角． 考点四、全反射棱镜和光导纤维 1．形状：截面为等腰直角三角形的棱镜． 2．全反射棱镜的特点：当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高． 　　　入射方式 项目　　　　 方式一 方式二 方式三 光路图 入射面 AB AC AB 全反射面 AC AB、BC AC 光线方向改变角度 90° 180° 0°(发生侧移) 光导纤维 1．原理：利用了光的全反射． 2．构造：由内芯和外套两层组成．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射． 3．光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等． 4．光纤通信的优点是传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等． 5．光导纤维的折射率：设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，则有：sin C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sin θ1＝. 由图可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝. 以上是光从光导纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比大些． 题型1光的折射现象 折射定律 [例题1] 如图所示，激光笔发出的一束单色光由空气斜射到水面上的O点时，同时发生折射和反射，若仅减小入射角，则折射光线与反射光线的夹角将（　　） A．减小 B．增大 C．不变 D．无法确定 [例题2] 翠鸟的食物以鱼类为主，翠鸟入水之后是凭借触觉来抓捕猎物的，因此在入水之前，翠鸟事先看清楚鱼的位置，在时机成熟时会张开翅膀，以俯冲的姿势，快速地冲入水中将猎物捕获。若开始时翠鸟停在距离水面1.5m高的苇秆上，看到与水面成的方向有一条鱼，鱼的实际位置在水面下方40cm处。已知水对光线的折射率为，，，则下列说法正确的是（    ） A．鱼看到的翠鸟比实际位置要高 B．鱼的实际深度比翠鸟观察到的要浅 C．翠鸟以与水面成的方向俯冲做直线运动即可捕获鱼 D．鱼距离翠鸟的实际水平距离为2m [例题3] 如图，空气中有两块材质不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置；一束由红蓝两种色光混合而成的细光束，从空气中以某一角度入射到第一块玻璃板的上表面。下列说法正确的是（　　） A．在第一块玻璃板下表面一定有出射光 B．在第二块玻璃板下表面一定没有出射光 C．第一块玻璃板下表面的两条出射光线中蓝光一定在红光的右侧 D．第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的右侧 题型2折射率 [例题4] 在科学馆的光学展区，展示了一个由透明均质水晶制成的球体，图示为该球截面图，为球心，球的半径为。水晶球外的点有一个点光源，向水晶球发出一束单色光，入射角，折射角。已知真空中的光速为，不考虑光线在水晶球内的反射，则（　　） A．该单色光在水晶中折射率为 B．该单色光在水晶中传播的速度为 C．该单色光在水晶中传播的路程为 D．该单色光在水晶中传播的时间为 [例题5] 用一束激光斜射入液面，入射光线、反射光线和折射光线如图所示，通过测量发现入射光线与液面的夹角为37°，反射光线与折射光线相互垂直，已知该束激光在真空中的传播速度为c，sin37°=0.6，则该束激光在该液体中的传播速度大小为（　　） A． B． C． D． [例题6] 图甲为由细小玻璃珠及反射层制成的玻璃微珠反光膜，它能将射向它的部分光逆向照回（反射光线和入射光线方向相反），常被用于无光源的道路标志线、标志牌中，以增强反光效果。图乙为一光线照射到半径为R的玻璃微珠后被逆向照回的光路图，已知所用玻璃的折射率，光在真空中的传播速度为c，则该光中的传播时间为（　　） A． B． C． D． 题型3全反射现象 临界角 [例题7] 彩虹的形成与太阳光和空气中的水滴有关。当太阳光照射到空气中的水滴时，光线会因为水滴的形状不同而发生折射、反射和再次折射的过程。在这个过程中，太阳光中的白色光会被分解成不同颜色的光谱，这就是我们所看到的彩虹。如图是彩虹形成中某个水滴的两条光线的光路图、若光线1恰好发生全反射，且θ=90°，则下列说法正确的是（　　） A．光线1可能是紫光 B．光线2一定是紫光 C．光线1在水滴中的折射率为 D．所有进入水滴的光线一定都可以在水滴中发生全反射 [例题8] 现有一光线以相同的入射角，射入两杯不同浓度的溶液中，折射光线如图所示（），已知溶液的折射率随浓度增大而变大。对比甲、乙两杯溶液中的光现象，下列描述正确的是（　　） A．甲溶液的折射率大 B．甲溶液的浓度小 C．甲溶液中光线传播的速度大 D．甲溶液中光线发生全反射的临界角大 [例题9] 著名景区牂牁江吸引了大量钓鱼爱好者，若钓鱼爱好者在夜间使用某款诱鱼灯，该诱鱼灯放置在水下深为处，如图所示，钓鱼爱好者观察到诱鱼灯能照亮水面的最大面积为（已知水的折射率为）（　　） A． B． C． D． 题型4光导纤维 [例题10] 光导纤维是一种能够将光信号传输的纤维材料，它的用途非常广泛。如图所示，光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播，这就是光导纤维导光的原理。关于光导纤维下列说法正确的是（　　） A．沿着光传播的方向，光线的折射率需逐渐减小 B．光纤外套的折射率小于光纤内芯的折射率 C．光纤的内芯以真空取代后，光讯号可增强 D．光线传播讯号无法沿着弯曲的管道前进 [例题11] 光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中，正确的是（　　） A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大 D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大 [例题12] 光纤在生产生活中有着广泛的应用。如图所示光纤由纤芯和包层两部分组成，折射率分别为n1和n2。光在光纤中传导依据全反射原理。光学上把具有一定特性的光波叫做光的一种模式，根据可以传输的光波模式数量的不同把光纤分为单模光纤和多模光纤。工程上用V参数来标定光纤模式，其中，a为纤芯半径，λ为入射光波长。当V≤2.405时，光纤仅支持单模传输，反之则支持多模传输。下列说法正确的是（　　） A．包层是光密介质 B．只能通过调整纤芯和包层材料实现传输模式的调整 C．可以通过增大光纤粗细实现多模传输 D．当入射光波长减小，多模光纤有可能实现单模传输 题型5光的折射与全反射的综合问题 [例题13] 右图为半径为的圆形薄片玻璃工艺品挂件，一条直径上与圆心相距处嵌入一个荧光点光源（白天吸收阳光后晚上发出可见光），若挂件材质对该光的折射率为，当光源发光时，其边缘上总有部分圆弧没有光线射出而黑暗。只考虑直接射向圆弧边缘的入射光，下图中标示没有光线射出而黑暗的圆弧位置和长度（粗黑实线表示），最接近事实的图是（　　） A． B． C． D． [例题14] 某同学买了一个透明“水晶球”，其内部材料折射率相同，如图甲所示。他测出球的半径为r。现有一单色光从球上P点射向球内，折射光线与水平直径PQ夹角θ=30°，出射光线恰好与PQ平行，如图乙所示。已知光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　） A．水晶球的折射率为 B．光在水晶球中的传播时间为 C．仅换用波长更长的单色光，光在“水晶球”中传播的时间变长 D．若逐渐增大射向水晶球表面光的入射角，光可能因发生全反射而无法射出水晶球 [例题15] 如图所示，在直角坐标系xOy的第一象限内有一横截面为四分之一圆面的柱状玻璃砖，圆心为坐标原点O，半径为R，Q点坐标为，一细红激光束开始从Q点垂直于x轴入射，缓慢把细激光束从Q点平移到x轴上的M点时，恰好有光射到y轴上的P点（图中未画出），已知，光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（　　） A．OM的长度为 B．玻璃砖的折射率为 C．细激光束从M点传到P点的时间为 D．将激光束换为紫光，则发生同样的光学现象，M点向坐标原点靠近 1. DUV浸没式光刻机将深紫外光由真空射入去离子水，从而使光刻机实现更高的分辨率。当深紫外光在真空和去离子水中传播时（　　） A．波长不同，速度相同 B．波长相同，速度不同 C．频率不同，速度相同 D．频率相同，速度不同 2. 如图，折射率为的棱镜的横截面为等腰直角三角形，，BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜，若这束光在BC边上O点反射后，恰好射向顶点A，O点图中未标出，下列说法正确的是（　　） A．在M点折射角为 B．在BC上反射角为 C．M位于AB中点 D． 3. 一束光从空气射入秦皇岛的湖水中，入射角为45°，折射角为30°，则湖水对光的折射率是（    ） A．1 B． C． D．1.6 4. 如图，一棱镜的横截面为等腰三角形PMN，其中边长PM与PN相等，∠PMN=30°，PM边紧贴墙壁放置，现有一束单色光垂直于MN边入射，从PN边出射后恰好与墙面垂直（不考虑光线在棱镜内的多次反射），则该棱镜的折射率为（　　） A． B． C． D． 5. 如图所示，ABC为直角三棱镜，，一束单色光从AC边射入棱镜，光与AC边的夹角为，光经AB边反射后垂直BC边射出，不考虑光在BC边的反射，。则三棱镜对光的折射率为（　　） A． B． C． D． 6. 如图所示，一均质的冰块中含有一长方体空气柱。现有一束红、绿复合激光在冰块中从空气柱左边射入，从右边射出。则下列选项中光路图正确的是（　　） A． B． C． D． 7. 如图所示为半圆形玻璃砖的横截面，直径MN与水平面平行。由红、紫两种单色光组成的细光束沿aM从MN边射入玻璃砖，入射角为β，进入玻璃砖后分成两束光分别经过玻璃砖截面边界上的b、c两点，b、c两点分别位于玻璃砖截面最低点的左右两侧。下列说法正确的是（　　） A．经过b、c两点的分别是红光和紫光 B．在同种玻璃中，红光的速率比紫光的速率大 C．增大β角，射到c点的光可能会发生全反射 D．光从M点传到c点的时间大于从M点传到b点的时间 8. 图为某透明介质制成的四分之一圆柱体，其半径为，高为，一束光垂直射到圆柱体的面上。已知透明介质的折射率为，不考虑光在介质内的二次反射，则弧面上的透光面积为（　　） A． B． C． D． 9. 如图（a）所示，倒挂的“彩虹”被叫做“天空的微笑”，是光由卷云里随机旋转的大量六角片状冰晶（直六棱柱）折射形成的。若一束白光从冰晶的上顶面进入后，经折射从侧面射出，如图（b）所示。下列说法正确的是（　　） A．各色光从空气进入冰晶后波长均不变 B．在冰晶中红光和紫光的传播速度相同 C．白光经折射从侧面射出后，红光在紫光下方 D．当入射角α减小，在侧面最先发生全反射的是紫光 10. 如图所示，一束复色光从两面平行的玻璃砖上表面O点射入，进入玻璃砖后分成两束单色光a、b。下列说法正确的是（　　） A．a光的折射率小于b光的折射率 B．a光的频率大于b光的频率 C．a光在玻璃中的传播速度大于b光 D．调节图中角，b光可能在玻璃砖的下表面发生全反射 11. 如图为“水流导光”实验装置。长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出，形成弯曲不散开的水流，用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察到激光束没有完全被限制在水流内传播。下列操作中，能使激光束完全被限制在水流内传播的是（　　） A．增大激光的强度 B．改用频率更高的激光 C．降低瓶内液面高度 D．改用折射率更小的液体 12. 如图，底面为直角三角形的直棱柱透明材料，，，一束单色光垂直于AB面射入材料后，恰好在BC面发生全反射并从AC面射出材料。已知入射点到棱A的距离为d，入射点到棱B的距离为2d，光在真空中的速度大小为c。下列说法正确的是（　　） A．该透明材料的折射率为 B．该透明材料的折射率为2 C．该单色光通过材料的时间为 D．该单色光通过材料的时间为 13. 如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角=60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则（　　） A．OP之间的距离为 B．玻璃砖的折射率为2 C．光在玻璃砖内的传播速度为 D．光从玻璃到空气的临界角为C，则 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 4.1-4.2光的折射和全反射 1.认识光的反射及折射现象，知道法线、入射角、反射角、折射角的含义。 2通过实验探究，理解折射率的概念和光的折射定律。 3.会测量玻璃等材料的折射率，通过实验体会光线模型的建构过程。 4.知道光密介质和光疏介质的概念，认识光的全反射现象。 5.知道全反射棱镜及其应用。 射水鱼在水中能准确射中水面上不远处的小昆虫。水中的鱼看到小昆虫在什么位置？是在昆虫的上方还是下方？ 考点一、折射定律 1．光的反射 (1)反射现象：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种介质的现象． (2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角． 2．光的折射 (1)折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会进入第2种介质的现象． (2)折射定律 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，即＝n12(式中n12是比例常数)． (3)在光的折射现象中，光路是可逆的． 考点二、折射率 1．定义 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝. 2．折射率与光速的关系 某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝. 3．理解 由于c＞v，故任何介质的折射率n都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1. 4．测量玻璃的折射率 如图 4.1-3，当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时，只要找出与入射光线 AO 相对应的出射光线 O′D，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线 OO′，于是就能测量入射角 θ1、折射角 θ2。根据折射定律，就可以求出玻璃的折射率了。 怎样确定与入射光线 AO 相对应的折射光线 OO′？ 在木板上面铺一张白纸，把玻璃砖放在纸上，描出玻璃砖的两个边 a 和 a′。然后，在玻璃砖的一侧插两个大头针 A、B，AB 的延长线与直线 a 的交点就是 O。眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使 B 把 A 挡住（图 4.1-3），这样大头针 A、B 就确定了射入玻璃砖的光线。 在眼睛这一侧再插第三个大头针 C，使它把 A、B 都挡住，插第四个大头针 D，使它把前三个大头针都挡住，那么，后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线。 在白纸上描出光线的径迹，测量相应的角度，计算玻璃的折射率 n。 实验中，应该采取哪些措施以减小误差？ 考点三、全反射 1．光疏介质和光密介质 (1)光疏介质：折射率较小(填“大”或“小”)的介质． (2)光密介质：折射率较大(填“大”或“小”)的介质． (3)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的． 2．全反射现象 (1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射．若入射角增大到某一角度，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象． (2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．用字母C表示，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sin C＝. (3)全反射发生的条件 ①光从光密介质射入光疏介质． ②入射角等于或大于临界角． 考点四、全反射棱镜和光导纤维 1．形状：截面为等腰直角三角形的棱镜． 2．全反射棱镜的特点：当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高． 　　　入射方式 项目　　　　 方式一 方式二 方式三 光路图 入射面 AB AC AB 全反射面 AC AB、BC AC 光线方向改变角度 90° 180° 0°(发生侧移) 光导纤维 1．原理：利用了光的全反射． 2．构造：由内芯和外套两层组成．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射． 3．光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等． 4．光纤通信的优点是传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等． 5．光导纤维的折射率：设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，则有：sin C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sin θ1＝. 由图可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝. 以上是光从光导纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比大些． 题型1光的折射现象 折射定律 [例题1] 如图所示，激光笔发出的一束单色光由空气斜射到水面上的O点时，同时发生折射和反射，若仅减小入射角，则折射光线与反射光线的夹角将（　　） A．减小 B．增大 C．不变 D．无法确定 【答案】B 【详解】若入射角由减小了，则反射角也减小了，折射角也相应减小，由几何知识可知折射光线与反射光线的夹角将增大。 故选B。 [例题2] 翠鸟的食物以鱼类为主，翠鸟入水之后是凭借触觉来抓捕猎物的，因此在入水之前，翠鸟事先看清楚鱼的位置，在时机成熟时会张开翅膀，以俯冲的姿势，快速地冲入水中将猎物捕获。若开始时翠鸟停在距离水面1.5m高的苇秆上，看到与水面成的方向有一条鱼，鱼的实际位置在水面下方40cm处。已知水对光线的折射率为，，，则下列说法正确的是（    ） A．鱼看到的翠鸟比实际位置要高 B．鱼的实际深度比翠鸟观察到的要浅 C．翠鸟以与水面成的方向俯冲做直线运动即可捕获鱼 D．鱼距离翠鸟的实际水平距离为2m 【答案】A 【详解】AB．因为光线从空气射向水面，由光疏介质射入光密介质，折射时，折射角小于入射角，所以鱼的实际深度比翠鸟观察到的要深，根据光路可逆可知，鱼看到的翠鸟比实际位置要高，故A正确B错误； C．看到与水面成的方向有一条鱼，而鱼的实际位置比翠鸟观察到的要深，所以翠鸟以与水面成的方向俯冲做直线运动会到达鱼的上方，无法捕获鱼，故C错误； D．根据 解得 鱼距离翠鸟的实际水平距离为 故D错误。 故选A。 [例题3] 如图，空气中有两块材质不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置；一束由红蓝两种色光混合而成的细光束，从空气中以某一角度入射到第一块玻璃板的上表面。下列说法正确的是（　　） A．在第一块玻璃板下表面一定有出射光 B．在第二块玻璃板下表面一定没有出射光 C．第一块玻璃板下表面的两条出射光线中蓝光一定在红光的右侧 D．第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的右侧 【答案】A 【详解】AB．光线从第一块玻璃板中的上表面射入，在第一块玻璃板中上表面的折射角和下表面的入射角相等，根据光的可逆原理可知，光在第一块玻璃板下表面一定有出射光，同理，在第二个玻璃板下表面也一定有出射光，故A正确，B错误； C．玻璃对蓝光的折射率比红光的大，通过玻璃板后蓝光的侧移量比红光的大，则第一块玻璃板下表面的两条出射光线中蓝光一定在红光的左侧，故C错误； D．根据光线在玻璃板中发生偏折，由于折射角小于入射角，可知第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧，故D错误； 故选A。 题型2折射率 [例题4] 在科学馆的光学展区，展示了一个由透明均质水晶制成的球体，图示为该球截面图，为球心，球的半径为。水晶球外的点有一个点光源，向水晶球发出一束单色光，入射角，折射角。已知真空中的光速为，不考虑光线在水晶球内的反射，则（　　） A．该单色光在水晶中折射率为 B．该单色光在水晶中传播的速度为 C．该单色光在水晶中传播的路程为 D．该单色光在水晶中传播的时间为 【答案】A 【详解】A．该单色光在水晶中折射率为，故A正确， B．该单色光在水晶中传播的速度为，故B错误； CD．如图所示 根据几何关系可得该单色光在水晶中传播的路程为 则该单色光在水晶中传播的时间为，故CD错误。 故选A。 [例题5] 用一束激光斜射入液面，入射光线、反射光线和折射光线如图所示，通过测量发现入射光线与液面的夹角为37°，反射光线与折射光线相互垂直，已知该束激光在真空中的传播速度为c，sin37°=0.6，则该束激光在该液体中的传播速度大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据题意可知，入射角 折射角 所以该介质的折射率为 根据可得 故选B。 [例题6] 图甲为由细小玻璃珠及反射层制成的玻璃微珠反光膜，它能将射向它的部分光逆向照回（反射光线和入射光线方向相反），常被用于无光源的道路标志线、标志牌中，以增强反光效果。图乙为一光线照射到半径为R的玻璃微珠后被逆向照回的光路图，已知所用玻璃的折射率，光在真空中的传播速度为c，则该光中的传播时间为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】如图所示 光线从球面上的A点射入，入射为α，折射角为β，根据折射定律有 由几何关系知 解得 光在玻璃微珠中的传播路程 光在玻璃微珠中的传播速度 光在玻璃微珠中的传播时间 故选D。 题型3全反射现象 临界角 [例题7] 彩虹的形成与太阳光和空气中的水滴有关。当太阳光照射到空气中的水滴时，光线会因为水滴的形状不同而发生折射、反射和再次折射的过程。在这个过程中，太阳光中的白色光会被分解成不同颜色的光谱，这就是我们所看到的彩虹。如图是彩虹形成中某个水滴的两条光线的光路图、若光线1恰好发生全反射，且θ=90°，则下列说法正确的是（　　） A．光线1可能是紫光 B．光线2一定是紫光 C．光线1在水滴中的折射率为 D．所有进入水滴的光线一定都可以在水滴中发生全反射 【答案】C 【详解】AB．由光路图可知，光线2的折射角较小，根据折射定律可知光线2的折射率比光线1的大，则光线1不可能是紫光，光线2可能是紫光，故AB错误； C．由于光线1恰好发生全反射，根据反射定律可知此时光线1发生全反射的入射角为45°，则光线1在水滴中的折射率为，故C正确； D．由于水滴的具体形状未知，无法确定是否所有进入的光线都会发生全反射，故D错误。 故选C。 [例题8] 现有一光线以相同的入射角，射入两杯不同浓度的溶液中，折射光线如图所示（），已知溶液的折射率随浓度增大而变大。对比甲、乙两杯溶液中的光现象，下列描述正确的是（　　） A．甲溶液的折射率大 B．甲溶液的浓度小 C．甲溶液中光线传播的速度大 D．甲溶液中光线发生全反射的临界角大 【答案】A 【详解】AB．根据折射定律 因为 可得 即甲图溶液折射率大，浓度较大，故A正确，B错误； C．根据 可知，甲图溶液折射率大，则单色光在甲图溶液中的传播速度小，故C错误； D．由临界角公式 可知折射率越大临界角越小，故甲临界角小，故D错误。 故选A。 [例题9] 著名景区牂牁江吸引了大量钓鱼爱好者，若钓鱼爱好者在夜间使用某款诱鱼灯，该诱鱼灯放置在水下深为处，如图所示，钓鱼爱好者观察到诱鱼灯能照亮水面的最大面积为（已知水的折射率为）（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】当灯发出的光的入射角达到临界角时，能照亮水面的半径达到最大，设临界角为，全反射的临界条件为 由几何关系 联立解得 根据圆面积公式 故选C。 题型4光导纤维 [例题10] 光导纤维是一种能够将光信号传输的纤维材料，它的用途非常广泛。如图所示，光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播，这就是光导纤维导光的原理。关于光导纤维下列说法正确的是（　　） A．沿着光传播的方向，光线的折射率需逐渐减小 B．光纤外套的折射率小于光纤内芯的折射率 C．光纤的内芯以真空取代后，光讯号可增强 D．光线传播讯号无法沿着弯曲的管道前进 【答案】B 【详解】A．沿着光传播的方向，介质不变，光线的折射率不变，A错误； B．根据光导纤维原理可知，光从内芯向外套传播时发生全发射，则根据全反射的条件可知，光纤外套的折射率小于光纤内芯的折射率，B正确； C．光纤的内芯以真空取代后，内芯向外套传播时不能发生全发射，光讯号不能传播，C错误； D．光线传播讯号在传播过程中发生全反射，可沿着弯曲的管道前进，D错误； 故选B。 [例题11] 光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中，正确的是（　　） A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大 D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大 【答案】A 【详解】AB．光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射，故A正确，B错误； CD．波长越短的光，频率越大，折射率越大，根据 可知频率越大的光在光纤中传播的速度越小，故CD错误。 故选A。 [例题12] 光纤在生产生活中有着广泛的应用。如图所示光纤由纤芯和包层两部分组成，折射率分别为n1和n2。光在光纤中传导依据全反射原理。光学上把具有一定特性的光波叫做光的一种模式，根据可以传输的光波模式数量的不同把光纤分为单模光纤和多模光纤。工程上用V参数来标定光纤模式，其中，a为纤芯半径，λ为入射光波长。当V≤2.405时，光纤仅支持单模传输，反之则支持多模传输。下列说法正确的是（　　） A．包层是光密介质 B．只能通过调整纤芯和包层材料实现传输模式的调整 C．可以通过增大光纤粗细实现多模传输 D．当入射光波长减小，多模光纤有可能实现单模传输 【答案】C 【详解】A．光从光密介质射入光疏介质才可能发生全反射，所以纤芯是光密介质，包层是光疏介质，故A错误； B．根据可知，通过调整纤芯和包层材料和纤芯半径均可实现传输模式的调整，故B错误； C．当V≤2.405时，光纤仅支持单模传输，反之则支持多模传输。根据可知，可以通过增大光纤粗细，增大V，实现多模传输，故C正确； D．当入射光波长减小，根据可知，V增大，多模光纤不可能实现单模传输，故D错误。 故选C。 题型5光的折射与全反射的综合问题 [例题13] 右图为半径为的圆形薄片玻璃工艺品挂件，一条直径上与圆心相距处嵌入一个荧光点光源（白天吸收阳光后晚上发出可见光），若挂件材质对该光的折射率为，当光源发光时，其边缘上总有部分圆弧没有光线射出而黑暗。只考虑直接射向圆弧边缘的入射光，下图中标示没有光线射出而黑暗的圆弧位置和长度（粗黑实线表示），最接近事实的图是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】若挂件材质对该光的折射率为，则光在介质中发生全反射的临界角满足 所以临界角为，当光从介质射入空气中时，入射角大于或等于临界角时，光线发生全反射，则没有光线射出。如下图所示 当光射向A点，则 解得 此角等于临界角，当光线由A点顺时针转动到B点，该段入射角均大于临界角发生全反射，其中 此时 将光线从A点沿逆时针方向转动到A点关于圆心的对称点，入射角均小于临界角，此处不发生全反射，所以只有弧长段，以及其以OS所在直线为对称轴的对称圆弧发生全反射，无光线射出。 故选A。 [例题14] 某同学买了一个透明“水晶球”，其内部材料折射率相同，如图甲所示。他测出球的半径为r。现有一单色光从球上P点射向球内，折射光线与水平直径PQ夹角θ=30°，出射光线恰好与PQ平行，如图乙所示。已知光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　） A．水晶球的折射率为 B．光在水晶球中的传播时间为 C．仅换用波长更长的单色光，光在“水晶球”中传播的时间变长 D．若逐渐增大射向水晶球表面光的入射角，光可能因发生全反射而无法射出水晶球 【答案】B 【详解】A．如图所示，由几何关系可知，光线射出时的折射角为2θ 水晶球的折射率为，故A错误； B．光在水晶球中的传播速度为 由几何关系可知，传播路程为 光在水晶球中的传播时间为，故B正确； C．当入射光的波长变长时，频率变小，光的折射率也变小，折射角变大，光在水晶球中的光程变短；由可知，光在“水晶球”中的传播速度变大，可知时间变短，故C错误； D．根据 又根据全反射临界角C与介质折射率n的关系 因为β<90°，所以θ<C 所以增大过P点光线的入射角β，光线出射时一定不会在球内发生全反射，故D错误。 故选B。 [例题15] 如图所示，在直角坐标系xOy的第一象限内有一横截面为四分之一圆面的柱状玻璃砖，圆心为坐标原点O，半径为R，Q点坐标为，一细红激光束开始从Q点垂直于x轴入射，缓慢把细激光束从Q点平移到x轴上的M点时，恰好有光射到y轴上的P点（图中未画出），已知，光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（　　） A．OM的长度为 B．玻璃砖的折射率为 C．细激光束从M点传到P点的时间为 D．将激光束换为紫光，则发生同样的光学现象，M点向坐标原点靠近 【答案】D 【详解】AB．由题意，此时光线发生全反射，微弱的光沿切线方向射向P点，如图所示 设临界角为则由几何关系，有 解得 则折射率为 OM的长度为，故AB错误； C．光在玻璃砖中速度为 则在玻璃砖中入射用时 出射到P点用时 则从M点传到P点的时间为，故C错误； D．紫光的折射率比红光大，则发生全反射现象的临界角较小，由几何关系，可知M点应向坐标原点靠近一些，故D正确。 故选D。 1. DUV浸没式光刻机将深紫外光由真空射入去离子水，从而使光刻机实现更高的分辨率。当深紫外光在真空和去离子水中传播时（　　） A．波长不同，速度相同 B．波长相同，速度不同 C．频率不同，速度相同 D．频率相同，速度不同 【答案】D 【详解】当光从真空进入去离子水时，频率由光源决定，不随介质改变，故频率相同。速度与介质折射率有关，根据，水中折射率大于真空，速度变小，故选D。 2. 如图，折射率为的棱镜的横截面为等腰直角三角形，，BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜，若这束光在BC边上O点反射后，恰好射向顶点A，O点图中未标出，下列说法正确的是（　　） A．在M点折射角为 B．在BC上反射角为 C．M位于AB中点 D． 【答案】D 【详解】A．画出光路图，如图所示 光线垂直于BC方向射入，根据几何关系可知入射角为，由于棱镜折射率为，根据折射公式 可求出折射角为，故A错误； B．折射角为，可得，，可得光线在BC上反射角为，故B错误； CD．根据角度关系，可求出且为等腰三角形，可得 和相似，设，故有 即，故M不在AB中点，故D正确，C错误。 故选D。 3. 一束光从空气射入秦皇岛的湖水中，入射角为45°，折射角为30°，则湖水对光的折射率是（    ） A．1 B． C． D．1.6 【答案】B 【详解】根据折射率公式 代入数据解得 即湖水对光的折射率为，故选B。 4. 如图，一棱镜的横截面为等腰三角形PMN，其中边长PM与PN相等，∠PMN=30°，PM边紧贴墙壁放置，现有一束单色光垂直于MN边入射，从PN边出射后恰好与墙面垂直（不考虑光线在棱镜内的多次反射），则该棱镜的折射率为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据题意画出光路图如图所示 根据几何关系以及折射定律可得 故选A。 5. 如图所示，ABC为直角三棱镜，，一束单色光从AC边射入棱镜，光与AC边的夹角为，光经AB边反射后垂直BC边射出，不考虑光在BC边的反射，。则三棱镜对光的折射率为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】光路如图所示 根据几何关系可知 在D点根据折射定律可得三棱镜对光的折射率为 故选B。 6. 如图所示，一均质的冰块中含有一长方体空气柱。现有一束红、绿复合激光在冰块中从空气柱左边射入，从右边射出。则下列选项中光路图正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】冰相对于空气来说是光密介质，光从冰射入空气折射时，折射角大于入射角，所以光线向上偏折，光路向上平移；又因为绿光比红光的折射率大，因此绿光比红光偏折的更厉害。 故选B。 7. 如图所示为半圆形玻璃砖的横截面，直径MN与水平面平行。由红、紫两种单色光组成的细光束沿aM从MN边射入玻璃砖，入射角为β，进入玻璃砖后分成两束光分别经过玻璃砖截面边界上的b、c两点，b、c两点分别位于玻璃砖截面最低点的左右两侧。下列说法正确的是（　　） A．经过b、c两点的分别是红光和紫光 B．在同种玻璃中，红光的速率比紫光的速率大 C．增大β角，射到c点的光可能会发生全反射 D．光从M点传到c点的时间大于从M点传到b点的时间 【答案】B 【详解】A．因为紫光的频率大于红光的频率，所以对于同一介质，紫光折射率大于红光折射率，由折射定律可知，对不同颜色的光线，当入射角相同时，光的折射率越大，折射角应越小，则经过b、c两点的分别是紫光和红光，故A错误； B．由公式，真空中，紫光和红光速率相等，而在同种玻璃中，紫光折射率大于红光折射率，则红光的速率比紫光的速率大，故B正确； C．如图所示 设射到c点的光在M点的折射角为，在c点发生折射，光从玻璃到空气中的入射角为，折射角为。 则由光的折射率公式可得 由图和题意可得 将以上两式对比可得 即光线从c点射出时折射角小于，所以即使增大，射到c点的光在c点也不会发生全反射，故C错误； D．如图所示 设截面半圆半径为R，以c光为研究对象，由几何关系可得，光从M点到c点的路程为 由折射率公式 且 联立可得，光从M点传到c点的时间 其与折射角、折射率无关，则同理可得，光从M点传到b点的时间，故D错误。 故选B。 8. 图为某透明介质制成的四分之一圆柱体，其半径为，高为，一束光垂直射到圆柱体的面上。已知透明介质的折射率为，不考虑光在介质内的二次反射，则弧面上的透光面积为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据题意可知，光线射到圆弧面上，法线是半径所在的直线，因此越靠近边射入的光线，入射角越小。只有入射角大于临界角才能发生全反射，不能射出，找到临界光线，入射角即为临界角C，如图所示 则有 解得 则弧面上的透光面积为 故选A。 9. 如图（a）所示，倒挂的“彩虹”被叫做“天空的微笑”，是光由卷云里随机旋转的大量六角片状冰晶（直六棱柱）折射形成的。若一束白光从冰晶的上顶面进入后，经折射从侧面射出，如图（b）所示。下列说法正确的是（　　） A．各色光从空气进入冰晶后波长均不变 B．在冰晶中红光和紫光的传播速度相同 C．白光经折射从侧面射出后，红光在紫光下方 D．当入射角α减小，在侧面最先发生全反射的是紫光 【答案】D 【详解】A．各色光从空气进入冰晶后频率f不变，波速v发生变化，由v=λf可知，波长λ均变化，故A错误； B．红光和紫光折射率不同，根据可知，在冰晶中红光和紫光的传播速度不相同，故B错误； C．白光经折射从侧面射出后，因紫光折射率最大，则紫光偏折程度最大，则紫光在红光下方，故C错误； D．紫光的折射率最大，根据可知，紫光临界角最小，可知当入射角α减小，在侧面的入射角变大，则最先发生全反射的是紫光，故D正确。 故选D。 10. 如图所示，一束复色光从两面平行的玻璃砖上表面O点射入，进入玻璃砖后分成两束单色光a、b。下列说法正确的是（　　） A．a光的折射率小于b光的折射率 B．a光的频率大于b光的频率 C．a光在玻璃中的传播速度大于b光 D．调节图中角，b光可能在玻璃砖的下表面发生全反射 【答案】B 【详解】A．如图所示可知 由 解得，A错误； B．光的折射率越大，频率越大，故，B正确； C．由 解得，C错误； D．玻璃砖上下表面平行，光线在下表面第二次折射时的入射角等于光线在上表面第一次折射时的折射角，而光线在上表面第一次折射时的折射角一定小于光线发生全反射时的临界角，故无论如何调节图中角，光都不可能在玻璃砖的下表面发生全反射，D错误。 故选B。 11. 如图为“水流导光”实验装置。长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出，形成弯曲不散开的水流，用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察到激光束没有完全被限制在水流内传播。下列操作中，能使激光束完全被限制在水流内传播的是（　　） A．增大激光的强度 B．改用频率更高的激光 C．降低瓶内液面高度 D．改用折射率更小的液体 【答案】B 【详解】A．增大激光的强度，不会改变激光在水流中的入射角，激光在水流中不会发生全反射，故A错误； BD．水从小孔流出形成弯曲的水束，激光没有完全被限制在水束内，是因为光从水射向空气的入射角小于临界角，出现折射现象，当换用频率更高的激光、改用折射率更大的液体，均能使临界角变小，更容易发生全反射，能使激光束完全被限制在水流内传播，故B正确，D错误； C．降低瓶内液面高度，则从孔中射出的水流速度会减小，水流轨迹弯曲度会更大，激光在水和空气界面处的入射角减小，使激光更不容易发生全反射，故C错误。 故选B。 12. 如图，底面为直角三角形的直棱柱透明材料，，，一束单色光垂直于AB面射入材料后，恰好在BC面发生全反射并从AC面射出材料。已知入射点到棱A的距离为d，入射点到棱B的距离为2d，光在真空中的速度大小为c。下列说法正确的是（　　） A．该透明材料的折射率为 B．该透明材料的折射率为2 C．该单色光通过材料的时间为 D．该单色光通过材料的时间为 【答案】B 【详解】AB．由题意及图像可知，该材料的临界角为，所以，故A错误，B正确； CD．由几何关系可知，光在材料中走过的路程 光在材料中的速度 光通过材料的时间，故CD错误。 故选B。 13. 如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角=60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则（　　） A．OP之间的距离为 B．玻璃砖的折射率为2 C．光在玻璃砖内的传播速度为 D．光从玻璃到空气的临界角为C，则 【答案】D 【详解】AB．作出两种情况下的光路图，如图所示 设，在A处发生全反射则有 由于出射光平行可知，在B处射出时则有 由几何关系可知 联立解得，，故AB错误； C．根据 解得光在玻璃砖内的传播速度为，故C错误； D．根据临界角 解得，故D正确。 故选D。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$