第4章专题提升 光的折射和全反射 课件 -2025-2026学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦“光的折射和全反射”单元，系统梳理折射定律、全反射条件及应用等核心内容，通过“探究点—知识归纳—规律方法”的逻辑链条构建知识网络，结合实验原理分析与典型问题解析，帮助学生形成完整的物理观念。 其亮点在于以科学探究为导向设计复习活动，如“半圆形玻璃砖测折射率”实验方案培养科学思维，结合高考真题典例深化模型建构与推理能力，分层设置对点演练与随堂检测，满足个性化复习需求，助力教师精准把握学情，提升单元复习效率。

第4章　光的折射和全反射 专题提升　光的折射和全反射 重难探究·能力素养全提升 探究点一　利用全反射的条件测量玻璃的折射率 在测定玻璃的折射率实验中,若用半圆形玻璃砖替代平行玻璃砖,能否采用“插针法”确定入射光线和出射光线,根据折射定律进一步测出折射率?能否利用全反射的条件测出折射率? 提示 能　能 导学探究 【例题1】　某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开始玻璃砖的位置如图中实线所示,使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上,该直线垂直于玻璃砖的直径边,然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动,同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像,且P2的像挡住P1的像。如此观察,当玻璃砖转到图中虚线位置时,上述现象恰好消失。此时只需测量出　　　　　　 　　　　,即可计算出玻璃砖的折射率。请用你的测量量表示出折射率n=　　　　　　。  玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ 典例剖析 解析 玻璃砖转动时,射在其直径所在平面内的光线的入射角增大,当增大到等于临界角θ时,发生全反射现象。因sin θ = ,可见只要测出临界角即可求得折射率n,而θ和玻璃砖直径绕O点转过的角度相等,因此只要测出玻璃砖直径边绕O点转过的角度即可。 规律方法　利用 可计算玻璃折射率,此题中利用全反射临界角求折射率可看成入射角θ1=90°的情况。 对点演练1 小明同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃 折射率的实验如图所示,他进行的主要步骤是 A.用刻度尺测玻璃砖的直径AB的大小d。 B.先把白纸固定在木板上,将玻璃砖水平放置 在白纸上,用笔描出玻璃砖的边界,将玻璃砖移走, 标出玻璃砖的圆心O、直径AB、AB的法线OC。 C.将玻璃砖放回白纸的原处,长直尺MN紧靠A点并与直径AB垂直放置。 D.调节激光器,使PO光线从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心O,并使长直尺MN的左、右两端均出现亮点,记下左侧亮点到A点的距离x1,右侧亮点到A点的距离x2。 (1)小明利用实验数据计算玻璃折射率的表达式为n=　 　　　。  (2)关于上述实验,下列说法正确的是　　　　。  A.在∠BOC的范围内,改变入射光PO的入射角,直尺MN上可能只出现一个亮点 B.左侧亮点到A点的距离x1一定小于右侧亮点到A点的距离x2 C.左侧亮点到A点的距离x1一定大于右侧亮点到A点的距离x2 D.要使左侧亮点到A点的距离x1增大,应减小入射角 ABD 解析 (1)画出光路图如图所示,折射光线交于MN上的E点,反射光线交于MN上的F点。光从光密介质射入光疏介质时,折射率等于折射角的正弦与 (2)当入射角大于或等于临界角时,发生全反射,则只有反射光线照射到MN上,所以MN上可能只出现一个亮点,故A项正确;由上图知,θ角大于α角,所以左侧亮点到A点的距离总是比右侧亮点到A点的距离小,故B项正确,C项错误;要想左侧亮点到A点的距离增大,必须减小折射角,由折射率公式可知,要减小折射角,必须减小入射角,故D项正确。 探究点二　与折射、全反射现象相关的临界问题 导学探究 光导纤维由内芯和外套组成,哪一部分折射率大?为什么? 提示 光导纤维内芯的折射率比外套大;保证光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。 知识归纳 1.全反射产生的条件是光从光密介质射入光疏介质,且入射角大于等于临界角。光疏介质和光密介质是相对而言的。 典例剖析 【例题2】 (2025安徽卷)如图所示,玻璃砖的横截面是半径为R的半圆,圆心为O点,直径与x轴重合。一束平行于x轴的激光,从横截面上的P点由空气射入玻璃砖,从Q点射出。已知P点到x轴的距离为R,P、Q间的距离为R。 (1)求玻璃砖的折射率。 (2)在该横截面沿圆弧任意改变入射点的位置和入射方向,使激光能在圆心O点发生全反射,求入射光线与x轴之间夹角的范围。 解析 (1)该激光射入玻璃砖的光路图如图甲所示,根据几何关系可得 sin α=,cos β= 解得α=45°,β=30° 根据折射定律,有n=。 甲 (2)发生全反射的临界角满足sin C= 解得C=45° 要使激光能在圆心O点发生全反射,激光必须指向O点射入,如图乙所示 只要入射角大于45°,即可发生全反射,则使激光能在圆心O点发生全反射,入射光线与x轴之间夹角的范围为[0°,45°]。 答案 (1)　(2)[0°,45°] 乙 规律方法　解决光的折射、全反射临界问题的基本思路 1.遵循的规律 (1)光照射到两种透明介质的界面时会发生反射和折射现象,反射角与入射角的关系遵从光的反射定律。 (2)折射角与入射角的关系遵从光的折射定律。 (3)如果满足光从光密介质射入光疏介质并且入射角不小于临界角,则会发生全反射现象。 2.基本思路 (1)分析光传播的过程。光照射到两种透明介质的界面时会发生反射和折射现象,如果光是从光密介质进入光疏介质要根据入射角和临界角的关系判断是否发生全反射。 (2)画出正确的光路图。利用光路图中的临界光线,准确地判断出恰好发生全反射或符合题意的折射光路图是解题的关键。 (3)运用几何关系、三角函数关系、折射定律、反射定律等知识进行求解。 对点演练2 (2021全国乙卷)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路,C、D两个大头针确定出射光路,O和O'分别是入射点和出射点,如图甲所示。测得玻璃砖厚度为h=15.0 mm;A到过O点的法线OM的距离l1=10.0 mm,M到玻璃砖的距离l2=20.0 mm,O'到OM的距离为s=5.0 mm。 甲 乙 (1)求玻璃砖的折射率。 (2)用另一块材料相同,但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验,玻璃砖的截面如图乙所示。光从上表面入射,入射角从0逐渐增大。达到45°时,玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 4 1.(多选)如图所示,一正三角形玻璃砖边长为L,AO为三角形的中线。现有a、b两束不同频率的可见细光束垂直于BC边从真空射入该三角形玻璃砖,入射时两束光到O点的距离相等,两束光经玻璃砖折射后相交于中线AO的右侧P处,则下列说法正确的是(　　) A.在真空中,a光的传播速度小于b光的传播速度 B.在真空中,a光波长小于b光波长 C.a、b两束光在玻璃砖中传播时的频率与在真空中传播时的频率相同 D.a光通过玻璃砖的时间小于b光通过玻璃砖的时间 BC 1 2 3 4 解析 光在真空中的传播速度均为光速c,A错误;由题意可知,玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率,所以a光的频率大于b光的频率,a光在真空中传播时的波长小于b光在真空中传播的波长,B正确;当光从一种介质进入另一种介质时,光的频率保持不变,C正确;a光在玻璃砖中的传播速度大小 ,小于b光在玻璃砖中的传播速度大小 ,又因为a、b两束光在该玻璃砖中传播的距离相等,所以ta>tb,D错误。 1 2 3 4 2. 如图所示,匀质透明球体的球心为O,半径为R,置于真空中。一条光线DC平行于直径AOB射向球体,若DC与AOB的距离H= R,光线从C点射入球体经一次反射后由P点(图中未标出)再次折射回真空中,此时的出射光线刚好与入射光线平行,已知光在真空中的速度为c,则(　　) A.球体的折射率为2 B.球体的折射率为2 C.光从C点射入到从P点射出,在球体中传播的总时间为 D.适当改变入射点的位置,光线进入球体后,可在球体内发生全反射现象 C 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 3.如图所示,一储油圆桶底面直径和高均为d,桶内无油时,从A点恰好看到桶底边缘上的B点,当桶内盛油的深度等于桶高的一半时,在A点沿AB方向看去,恰好看到桶底上的C点,已知BC= d,光在真空中的传播速度为c。由此 可求得这种油的折射率n=　　　　,光在油中的传播速度v=　　　　。  1 2 3 4 解析 桶内无油时,B点射出的光线经油桶边缘到达A点;当桶内盛油时,从C点射出的光线在油面上折射后,也沿OA方向射到A点,如图所示。 其中CO为入射光线,OA为折射光线,则由光路可逆性和折射定律得 1 2 3 4 4.某种材料的三棱镜截面如图所示,∠A=90°,∠B=60°,一束垂直于BC边的直线光束从AB边上的某点入射,折射光线经过三棱镜BC边反射后,从AC边垂直射出,已知真空中的光速c=3×108 m/s。 (1)求三棱镜的折射率; (2)求光在三棱镜中传播的速度; (3)要使光线在BC边上发生全反射,则AB边上的入射角应如何变化? 1 2 3 4 解析 (1)由题意作出光路图,根据几何知识得光线在AB面折射时的入射角i=60°,折射角r=30°,则三棱镜的折射率为 (2)光在棱镜中传播的速度为 (3)由光路图及几何关系知,BC边上的入射角为30°,要使光线在BC边上发生全反射,应满足 ,所以临界角C>30°。因此AB边上的折射角r应减小,入射角i也应减小。 　 n= 反射角的正弦之比,即n=。 2.对于多种色光的全反射问题,因为n=,n大则C小。当入射角从0°逐渐增大时,频率高的色光先发生全反射,利用v=、λ=,可分析比较不同色光在同一介质中的光速、波长的大小。 解析 (1)入射角满足sin i=,折射角满足sin r= 根据折射定律n=解得n=。 (2)设此玻璃砖上下表面的夹角为θ,光路图如图所示,当入射角为i'=45°时,由折射定律n=得折射角r'=30° 该光线恰好在下表面发生全反射,因此有sin C=解得C=45° 根据几何关系θ=C-r'=15°。 答案 (1)　(2)15° va= vb= 解析 根据对称性作出光路,如图所示,光线从C点射入,经反射后从P点射出,由几何关系和折射定律可得i'=r,r'=i,∠COA=i,因此sin i=,可得i=60°,由几何关系可知i=2r,可知折射角r=30°,故球体的折射率为 n=,A、B错误; 从C点到P点,光通过的路程为s=4Rcos 30°,光在介质中传播速度v=,则光从C点射入到从P点射出,在球体中传播的总时间为t=,C正确;根据几何知识可知,第一次的折射角等于第二次的入射角,根据光路的可逆性原理,可知不管如何改变入射点的位置,光线进入球体后,都不可能在球体内发生全反射现象,D错误。 c sin θ1=,sin θ2=,n=。 又因为n=得v=c。 v=×108 m/s。 sin C= 答案 (1)　(2)×108 m/s　(3)减小 n=。 $