第4章 专题强化 光的折射与全反射的综合应用（课件PPT）-【金榜题名】2026-2027学年高二物理选择性必修第一册高中同步学案（人教版）

该高中物理课件聚焦光的折射与全反射综合应用，从梳理反射定律、折射定律、全反射条件等基本原理入手，通过例题解析和成像法、插针法等实验方法搭建学习支架，衔接基础规律与综合应用。 其特色在于以科学思维（模型建构、几何推理）和科学探究（实验设计）为核心，通过直角梯形棱镜光路分析、插针法测折射率等实例，强化规律应用与实验操作。帮助学生深化物理观念，提升问题解决能力，为教师提供系统教学资源，提高课堂效率。

第四章　光 专题强化　光的折射与全反射的综合应用 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 目录 contents Part 01 课堂探究·核心突破 Part 03 课时作业(二十二) Part 02 课堂达标·素养提升 第四章 光 返回导航 1 课堂探究·核心突破 返回导航 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 解决光的折射和全反射的思路 (1)解决几何光学问题应先准确画好光路图． (2)用光的全反射条件来判断在某界面是否发生全反射；用折射定律找入射角和折射角的关系． (3)在处理几何光学问题时应充分利用光的可逆性、对称性、相似性等几何关系． 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 课堂达标·素养提升 返回导航 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 第四章 光 返回导航 1 课时作业（二十二） 点击进入 word 第四章 光 返回导航 1 谢谢观看 第四章 光 返回导航 1 学习 目标 1．进一步熟练掌握光的反射定律、折射定律和全反射的规律． 2．熟练用几何关系找出边、角关系，并根据反射定律、折射定律解答有关问题． 一、几何光学的基本原理及应用 几何光学就是以光线为工具，研究光的传播规律．解几何光学的题目，首先根据几何光学的基本原理画出光路图，然后利用几何关系找出相应的角、边关系． 几何光学研究的是光线传播的规律，主要包括五条基本规律． 1．光的直线传播规律：光在同一种均匀介质中沿直线传播． 2．光的反射定律 (1)反射光线与入射光线、法线在同一平面内，反射光线、入射光线分居在法线两侧． (2)反射角等于入射角． 3．光的折射定律 折射光线与入射光线、法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居在法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．公式：n12＝eq \f(sin θ1,sin θ2)． 4．光的全反射规律 发生全反射的条件是： (1)由光密介质射向光疏介质； (2)入射角θ≥临界角C，其中sin C＝eq \f(1,n)． 5．光的可逆原理 在光的反射、折射和直线传播中，光路都是可逆的． 如图所示，ABCD是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入．已知棱镜的折射率n＝eq \r(2)，AB＝BC＝8 cm，OA＝2 cm，∠OAB＝60°． (1)求光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向； (2)第一次的出射点距C点多远． 解析：(1)设发生全反射的临界角为C，由折射定律得sin C＝eq \f(1,n) 代入数据得C＝45°． 光路图如图所示，由几何关系可知光线在AB边和BC边的入射角均为60°，均发生全反射． 设光线在CD边的入射角为a，折射角为β，由几何关系得a＝30°，小于临界角，光线第一次射出棱镜是在CD边，由折射定律得n＝eq \f(sin β,sin a)，代入数据得β＝45°． (2)设光线与AB边、BC边和CD边的交点分别为E、F、G，由几何关系，得 CF＝AE＝eq \f(OA,cos 60°)． 又CG＝CF·tan a 两式联立，解得CG＝eq \f(4\r(3),3) cm，即第一次的出射点距C点eq \f(4\r(3),3) cm． 答案：(1)出射光线与DC边的夹角为45°，斜向左下方　(2)eq \f(4\r(3),3) cm [针对训练] 1．如图所示，△ABC是一直角三棱镜的横截面∠A＝90°，AB长 0．2 m，AC长0．1 m．一细光束沿平行于BC边的方向从AB边入射后直接射到AC边，恰好在AC边发生全反射，则棱镜的折射率为(　　 ) A．eq \f(\r(5),5)　　　　　　　　 B．eq \f(2\r(5),5) C．eq \f(3\r(5),5) D．eq \f(4\r(5),5) 解析：选C　光路图如图所示，由几何关系可知sin i＝eq \f(0.2,\r(0.22＋0.12))＝eq \f(2,\r(5)) 根据折射定律有eq \f(sin i,sin α)＝n，sin β＝eq \f(1,n)， 又因为α＋β＝90° 联立解得n＝eq \f(3\r(5),5)，故C正确，A、B、D错误． 二、折射率的计算方法和测量方法 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＝eq \r(\f(BC2＋d2,AC2＋d2))． 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P、Q两点处竖直插两枚大头针．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S、T处各插一枚大头针，使S挡住Q、P的像，T挡住S及Q、P的像．从水中取出木板，画出直线ST，量出图中的角i、r，则水的折射率n＝eq \f(sin i,sin r)． 3．视深法 原理：利用视深公式h′＝eq \f(h,n)． 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＝eq \f(h,h′)． 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＝eq \r(\f(D2＋4h2,D))． 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(　　) A．eq \f(hB,hA) B．eq \f(hA,hB) C．eq \r(\f(d2＋hA2,d2＋hB2)) D．eq \r(\f(d2＋hB2,d2＋hA2)) 解析：选D　由题意可作出B处光线的入射角β和折射角a，由图可知，水的折射率n＝eq \f(sin a,sin β)＝eq \f(\f(d,\r(d2＋hA2)),\f(d,\r(d2＋hB2)))＝eq \r(\f(d2＋hB2,d2＋hA2))，故选项D正确． [针对训练] 2．一直桶状容器的高为2l，底面是边长为l的正方形，容器内装满某种透明液体．过容器中心轴DD′、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示．容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料．在剖面的左下角处有一点光源，已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直，求该液体的折射率． 解析：设从点光源发出的光直接射到D点的光线的入射角为i1，折射角为r1．在剖面内作点光源相对于反光壁的对称点C，连接C、D，交反光壁于E点，由点光源射向E点的光线，反射后沿ED射向D点．光线在D点的入射角为i2，折射角为r2，如图所示．设液体的折射率为n，由折射定律有 nsin i1＝sin r1① nsin i2＝sin r2② 由题意知r1＋r2＝90°③ 联立①②③式得 n2＝eq \f(1,sin2i1＋sin2i2)④ 由几何关系可知sin i1＝eq \f(\f(l,2),\r(4l2＋\f(l2,4)))＝eq \f(1,\r(17))⑤ sin i2＝eq \f(\f(3,2) l,\r(4l2＋\f(9l2,4)))＝eq \f(3,5)⑥ 联立④⑤⑥式得n＝1．55 答案：1．55 1．自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光照反射回去．某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜(折射率n>eq \r(2))组成，棱镜的横截面如图所示．一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC和CB边反射后，从AB边的O′点射出，则出射光线是(　　 ) A．平行于AC边的光线① B．平行于入射光线的光线② C．平行于CB边的光线③ D．沿AB边的光线④ 解析：选B　由题意可知，折射率n>eq \r(2)，且sin C＝eq \f(1,n)，得临界角小于45°，由题图可得，光从空气进入棱镜．因入射角为0°，所以折射光线不偏折．当光从棱镜射向空气时，入射角等于45°，发生全反射，根据几何关系，结合光路可逆可知，出射光线是②，即平行于入射光线，故B正确，A、C、D错误． 2．(多选)某物体切面形状如图所示，由一直角边长为d的等腰直角三角形和一直径为d的半圆组合而成，一束平行光垂直于AB边射入，AC边恰好没有光线射出，已知光速为c，则(　　) A．BC弧上有光线射出部分弧长为eq \f(3πd,8) B．BC弧上有光线射出部分弧长为eq \f(πd,4) C．从BC弧上离开介质的光在介质中传播最短时间tmin＝eq \f(（2\r(2)＋1）d,2c) D．从BC弧上离开介质的光在介质中传播最短时间tmin＝eq \f(（\r(2)＋4）d,4c) 解析：选BC　一束平行光垂直于AB边射入，AC边恰好没有光线射出，说明临界角C＝45°，折射率n＝eq \f(1,sin C)＝eq \r(2)．光路图如图所示． BC弧上有光线射出部分弧长为l＝eq \f(πd,4)， 故B正确，A错误；由几何关系可知，从BC弧上离开介质的临界光线在介质中传播时间最短，tmin＝eq \f(d＋\f(d,2)cos 45°,\f(c,\r(2)))＝eq \f(（2\r(2)＋1）d,2c)，故C正确，D错误． 3．用某种透明材料制成的一块柱体形棱镜的水平截面图如图所示，左侧ABOD为长方形，右侧DOF为以O为圆心的eq \f(1,4)圆．光线从真空以入射角θ1＝60°射到棱镜AB面，经折射后，光线到达BF面上的O点并恰好不从BF面射出． (1)画出光路图； (2)求该棱镜的折射率n和光线在棱镜中传播的速度大小v(光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s)． 解析：(1)光路图如图所示． (2)设光线在AB面的折射角为θ2，折射光线与OD的夹角为C，则n＝eq \f(sin θ1,sin θ2) 由题意可知，光线在BF面恰好发生全反射sin C＝eq \f(1,n) 由图可知，θ2＋C＝90° 联立以上各式解得n＝eq \f(\r(7),2) 又n＝eq \f(c,v)，可解得v＝eq \f(6\r(7),7)×108 m/s． 答案：(1)见解析图　(2)eq \f(\r(7),2)　eq \f(6\r(7),7)×108 m/s $$