第13章 第1讲 光的折射 全反射(Word教参)-【状元桥】2026高考物理一轮总复习（湖北专版）

学习要求与学科素养 考情预测 1．通过实验，理解光的折射定律．知道光的全反射现象及其产生的条件．初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用．(物理观念) 2．实验：测量玻璃的折射率．(科学探究) 3．观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用．知道光是横波．(物理观念) 4．实验：用双缝干涉实验测量光的波长．(科学探究) 5．通过实验，了解激光的特性．能举例说明激光技术在生产生活中的应用．(科学态度与责任) 6．初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理学对统一性的追求．(科学思维) 7．通过实验，了解电磁振荡．知道电磁波的发射、传播和接收．认识电磁波谱．知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用．(科学态度与责任) 本章主要考查题型：①光的折射和全反射的应用；②光的干涉和衍射；③光学综合应用；④电磁波谱；⑤光学实验. 第1讲　光的折射　全反射 光的折射定律　折射率 1．折射定律 (1)内容：如图所示，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． (2)表达式：＝n12. (3)在光的折射现象中，光路是__可逆__的． 2．折射率 (1)折射率是一个反映介质的__光学性质__的物理量． (2)定义式：n＝. (3)计算公式：n＝，因为v＜c，所以任何介质的折射率都__大于1__. (4)当光从真空(或空气)斜射入某种介质时，入射角__大于__折射角；当光由介质斜射入真空(或空气)时，入射角__小于__折射角． 3．折射率的理解 (1)折射率由__介质本身__性质决定，与入射角的大小无关． (2)折射率与介质的__密度__没有关系，光密介质不是指密度大的介质． (3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越__大__，传播速度越__小__. 全反射　光导纤维 1．定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光完全__消失__，只剩下反射光的现象． 2．条件 (1)光从光密介质射入光疏介质． (2)入射角__大于或等于__临界角． 3．临界角：折射角等于90°时的入射角．若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sin C＝　　.介质的折射率越大，发生全反射的临界角越__小__. 4．光导纤维 光导纤维的原理是利用光的__全反射__，如图所示． 1．判断下列说法的正误． (1)折射率跟折射角和入射角均无关．(　√　) (2)光在两个界面发生折射时，必然伴随着反射现象发生．(　√　) (3)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小，而频率保持不变. (　√　) (4)只要入射角足够大，就能发生全反射．(　×　) 2．如图所示，一束单色光从介质1射入介质2，在介质1、2中的波长分别为λ1、λ2，频率分别为f1、f2，则(　B　) A．λ1＜λ2 B．λ1＞λ2 C．f1＜f2 D．f1＞f2 3．如图所示，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是(　A　) 命题点一　折射定律和折射率的理解及应用(自主学习) 1．对折射率的理解 (1)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)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． 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． 如图所示，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m．距水面4 m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°≈0.8)．已知水的折射率为. (1)求桅杆到P点的水平距离； (2)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离． 答案　(1)7 m　(2)5.5 m　 如图所示，一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上，光线与横截面平行，则透过玻璃柱的光线可能是图中的(　C　) A．① B．② C．③ D．④ 如图所示，救生员坐在泳池旁边凳子上，其眼睛到地面的高度h0为1.2 m，到池边的水平距离L为1.6 m，池深H为1.6 m，池底有一盲区．设池水的折射率为.当池中注水深度h为1.2 m和1.6 m时，池底盲区的宽度分别是多少． 答案　1.43 m　1.2 m　 命题点二　全反射现象的理解和应用(师生共研) 1．分析综合问题的基本思路 (1)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)判断入射角是否大于等于临界角，明确是否发生全反射现象． (3)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，然后结合几何知识进行推断和求解相关问题． (4)折射率n是讨论折射和全反射问题的重要物理量，是联系各物理量的桥梁，应熟练掌握跟折射率有关的所有关系式． 2．求光的传播时间的一般思路 (1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化．即v＝. (2)全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定． (3)利用t＝求解光的传播时间． (2024·广东)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(　B　) 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 如图所示，一折射率为的材料制作的三棱镜，其横截面为直角三角形ABC，∠A＝90°，∠B＝30°.一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜，不计光线在棱镜内的多次反射，求AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值． 解析　如图甲所示，设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点，光在AB边上的入射角为θ1，折射角为θ2，其中，由几何知识可知θ1＝60°， 由折射定律有sin θ1＝nsin θ2，① 甲 设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为θ′， 由几何关系有θ′＝30°＋θ2，② 联立两式并代入题给数据解得θ2＝30°，③ nsin θ′＞1，④ 所以，从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射，反射光线垂直射到AC边，AC边上全部有光射出． 设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为θ″，如图乙所示． 乙 由几何关系有θ″＝90°－θ2，⑤ 由③⑤式和已知条件可知nsin θ″＞1，⑥ 即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射，反射光线垂直射到BC边上．设BC边上有光线射出的部分为CF，由几何关系得CF＝AC·sin 30°，⑦ AC边与BC边有光出射区域的长度的比值为＝2. 答案　2　 命题点三　光的色散与光路控制(师生共研) 1．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制 项目 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 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，出射光线向棱镜底边偏折 圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折 应用 测量玻璃的折射率 改变光的传播方向 改变光的传播方向 特别提醒　不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同． 2．各种色光的比较 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 波长 大―→小 通过棱镜的偏折角 小―→大 临界角 大―→小 双缝干涉时的条纹间距 大―→小 (2024·全国甲)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　作出光恰好发生全反射时的光路图如图所示，设入射角为i，折射角为r，发生全反射的临界角为c，由折射定律有n＝，光恰好在BC边发生全反射，则有sin c＝ 由几何关系得sin i＝，i＝r＋c 联立解得sin i＝， 所以h与R的比值为 答案　　 如图，一折射率为的棱镜的横截面为等腰直角三角形△ABC，AB＝AC＝l，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，若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A，求M点到A点的距离． 解析　由题意可知作出光路图如图所示． 光线垂直于BC方向射入，根据几何关系可知入射角为45°；由于棱镜折射率为，根据n＝，有sin r＝， 则折射角为30°； ∠BMO＝60°，因为∠B＝45°， 所以光在BC面的入射角为 θ＝90°－(180°－60°－45°)＝15°， 根据反射定律可知∠MOA＝2θ＝30°， 根据几何关系可知∠BAO＝30°， 即△MAO为等腰三角形，则＝， 又因为△BOM与△CAO相似， 故有＝； 由题知AB＝ AC＝l， 联立可得BM＝AC＝l， 所以M到A点的距离为 x＝MA＝l－BM＝l. 答案　l　 如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带．下列说法中正确的是(　C　) A．a侧是红光，b侧是紫光 B．在真空中a侧光的波长大于b侧光的波长 C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率 D．在三棱镜中a、b两侧光的传播速度相同 学科网（北京）股份有限公司 $$