2026届高考物理一轮复习讲义：第十四章第一讲 光的折射、全反射

  第一讲  光的折射、全反射

[人教版选择性必修第一册]

1．阅读教材第四章第1节的内容，理解折射率的定义，知道折射率与速度、波长、临界角间的关系。

提示：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。。

2．教材第四章第1节【实验】“测量玻璃的折射率”中，图4.1－3中光线AB和CD的关系？

提示：相互平行。

3．阅读第四章第2节“全反射”的相关内容，理解全反射的发生条件及临界角。

提示：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。临界角：sin C＝。

4．请完成第四章第2节【练习与应用】T4。

提示：若要保证光能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，则需保证光能在内芯发生全反射，恰好发生全反射的光路如图所示。由折射定律可得，由几何关系可知α＋r＝90°，则有sin r＝cos α；由临界角公式可得，联立以上各式可得。故要使光能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，应满足，即i＜90°。

 

1．折射现象

光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生改变的现象，如图所示（以光从空气射入水中为例）。

2．折射定律

（1）内容：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：＝n。

【注意】①在光的折射现象中，光路是可逆的。

②当光从真空（或空气）射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空（或空气）时，入射角小于折射角。

3．折射率

（1）折射率是反映介质的光学性质的物理量。

（2）定义式：n＝。

（3）计算式：n＝，因为v＜c，所以任何介质的折射率都大于1。

4．对折射率的理解

（1）公式n＝中，光不论是从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1都是指真空中的光线与法线间的夹角，θ2都是指介质中的光线与法线间的夹角。

（2）折射率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＝。

（3）折射率由介质本身的性质和入射光的频率共同决定，与入射角和折射角的大小无关。

（4）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。

（5）同一种介质中，频率越高的色光折射率越大，传播速度越小。

（6）同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长可能不同，但频率相同。

5．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射出。

6．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体（球）对光路的控制

7．视深和视高问题

（1）视深：在岸上看水中的物体，由于折射产生虚像的深度（视深）h，h＝（H：物体在水中的实际深度，n为水的折射率）。

（2）视高：从折射率为n的透明介质中，观察正上方距界面高为L处的物体，看到物体像点的高度，即视高h＝nL（L：物体距离岸边的实际高度）。

（2024·重庆·历年真题）某同学设计了一种测量液体折射率的方案。容器过中心轴线的剖面图如图所示，其宽度为16 cm，让单色光在此剖面内从空气入射到液体表面的中心。调整入射角，当反射光与折射光垂直时，测出竖直器壁上的反射光点与液体表面的距离h，就能得到液体的折射率n。忽略气壁厚度，由该方案可知（　　）

A．若h＝4 cm，则n＝ B．若h＝6 cm，则n＝

C．若n＝，则h＝10 cm D．若n＝，则h＝5 cm

答案  B

解析  根据几何关系画出光路图，如图所示

题型一  全反射

（2024·海南·历年真题）一正三角形OPQ玻璃砖，某束光线垂直于OP射入，恰好在PQ界面发生全反射，则玻璃砖的折射率（    ）

A． B． C． D．2

答案　C

解析　如图所示，根据几何关系可知光线在PQ界面的入射角为C＝60°，根据全反射的临界条件可得sin C＝，解得n＝，C项正确。

（2025·广西河池·模拟题）如图所示，一透明材料制成的圆柱形棒，长度为6 m。一束光线从圆柱形棒的一个底面圆心垂直射入，经2.5×10－8 s从另一底面圆心射出。保持入射点不变，调整光线的入射方向，使其在材料内部恰好发生全反射（光在真空中的速度为3×108 m/s），则光线通过透明材料的时间为（　　）

A．2.5×10－8 s B．3.3×10－8 s 

C．3.125×10－8 s D．4.95×10－8 s

答案　C

解析　设光在该材料中传播速度为v，由L＝vt，解得v＝＝2.4×108 m/s，由n＝，可知n＝1.25，设此光线发生全反射的临界角为C，则sin C＝＝0.8，光线刚好发生全反射时在透明材料中的路程为s＝＝7.5 m，则t′＝ s＝3.125×10－8 s，故C正确。

题型二  光的折射和全反射的综合应用

（2024·全国甲·历年真题）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，

1．解答全反射问题的“两个技巧”“四点注意”

2．求解光的折射和全反射问题的思路

（1）确定研究的光线

该光线一般是入射光线，还有可能是反射光线或折射光线；若研究的光线不明确，根据题意分析、寻找，如临界光线、边界光线等。

（2）画光路图

找入射点，确认界面，并画出法线，根据反射定律、折射定律作出光路图，结合几何关系，具体求解。

（3）注意两点

从光疏→光密：一定有反射、折射光线

从光密→光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射。

光线通过棱镜的光路

（2024·广东·历年真题）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（　　）

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

答案　B

解析　已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率，在MN面，两束光的入射角相同，根据折射定律有n＝，可知绿光在MN面的折射角较小，根据几何关系可知绿光比红光更靠近P点，A错误；恰好发生全反射时，有sin C＝，可知红光发生全反射的临界角较大，θ逐渐增大时，折射光线与NP面的交点左移过程中，在NP面的入射角先小于红光发生全反射的临界角，所以红光的全反射现象先消失，B正确；在MN面，光从光疏介质射到光密介质，无论θ多大，在MN面都不可能发生全反射，C错误；根据折射定律n＝可知，θ逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐减小，D错误。故选：B。

（多选）（2024·山东·联考题）《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”。彩虹成因的简化示意图如图所示，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b是两种不同频率的单色光。下列说法正确的是（　　）