第十二章专题1 光的折射与全反射 专项练习-2027届高考物理一轮专题复习

**基本信息** 聚焦光的折射与全反射，以命题视角为框架，通过分层训练构建"公式应用-现象解释-综合建模"的递进式方法体系，强化物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |命题视角1|2题|折射率公式结合几何关系，sin i/sin r定量计算|从折射现象到定律应用，建立"光路图-三角函数-折射率"推导链| |命题视角2|2题|临界角公式sin C=1/n，全反射条件判断|从光密到光疏介质，关联折射率与临界角的反比关系| |命题视角3|2题|折射与全反射综合建模，光路可逆原理|整合几何光学与物理规律，培养复杂情境下的科学推理能力| |B级过关练|3题|实际问题转化为光的折射模型，临界角应用拓展|联系生活实例（水球实验、光导纤维），体现科学态度与社会责任|

课时1　光的折射与全反射 课时作业 A级·基础巩固练 命题视角1　结合光的折射现象,考查折射定律应用及折射率计算 1.(2025·温州三模)如图甲所示是一圆柱形玻璃茶壶,茶壶中央有一圆柱形滤网,当茶壶中盛有水时,观测者从侧边看到滤网的水下部分比水上部分粗一些,其部分光路如图乙所示。测得滤网水上部分直径 d1=8.0 cm,滤网的像直径 d2=10.5 cm,茶壶壁直径 d3=20.0 cm,忽略茶壶壁和滤网的厚度,可得茶水的折射率约为(　　) A.1.31 B.1.52 C.2.00 D.2.50 解析:A　根据折射率公式n=, 由几何知识得sin i==,sin r==, 解得n==1.31,故选A。 2.(2025·衢州模拟)如图所示,一束宽度为a的平行单色光,从折射率为n1的介质1进入到折射率为n2的介质2中,单色光宽度变为b(b>a),已知单色光入射点A、B之间的距离为c,下列说法正确的是(　　) A.= B.= C.单色光在介质1中的频率小于在介质2中的频率 D.单色光在介质1中的波长小于在介质2中的波长 解析:B　光的频率由光源决定,与介质无关,所以光从介质1进入介质2频率不变,故C错误; 折射光路如图所示, 由几何知识得sin i=,sin r=,根据折射定律有n1sin i=n2sin r, 可得=,故A错误,B正确;因b>a可得n1<n2,由v=,可得v1>v2,由v=λf可知,因f不变,则λ1>λ2,即单色光在介质1中的波长大于在介质2中的波长,故D错误。 命题视角2　全反射,考查临界角计算、实际现象解释与综合建模能力 3.如图所示,王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验,在失重环境下,往大水球中央注入空气,形成了一个空气泡,气泡看起来很明亮,其主要原因是(　　) A.气泡表面有折射没有全反射 B.光射入气泡衍射形成“亮斑” C.气泡表面有折射和全反射 D.光射入气泡干涉形成“亮斑” 解析:C　光线从水进入气泡时,是从光密介质进入光疏介质,满足发生全反射的条件,即气泡看起来很明亮的原因是气泡表面有折射和全反射,A错误,C正确;该现象与干涉和衍射无关,B、D错误。 4.如图所示,光导纤维由内芯和包层两个同心圆柱体组成,其中心部分是内芯,内芯以外的部分为包层,光从一端射入,从另一端射出,下列说法正确的是(　　) A.内芯的折射率大于包层的折射率 B.光线通过光导纤维的时间与内芯折射率无关 C.不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间相同 D.若紫光以如图所示角度入射时,恰能在内芯和包层分界面上发生全反射,则改用红光以同样角度入射时,也能在内芯和包层分界面上发生全反射 解析:A　光线在内芯和包层的分界面上发生全反射,即光从光密介质射入光疏介质,则内芯的折射率大于包层的折射率,故A正确;光在内芯和包层的分界面上发生全反射,设其在空气中的入射角为α,内芯中的折射角为β,光导纤维的长度为L,有n=,光在内芯中经过的路程为s=,光在介质中的速度v=,则光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用时间为t==,由上述分析可知,光线通过光导纤维的时间与内芯折射率有关,由于不同频率的光折射率不同,所以不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间不同,故B、C错误;由于sin C=,可知折射率越大,临界角越小,红光的折射率小,则临界角大,若紫光恰好能发生全反射,则红光不能在分界面上发生全反射,故D错误。 命题视角3　光的折射和全反射的综合问题,掌握发生全反射的条件 5.(多选)如图所示为某透明介质制成的棱镜的横截面图,该截面是边长为a的等边三角形MNP,一细光束垂直于NP边从A点射入三棱柱后,在MN的中点O处恰好发生全反射,之后从MP边的B点射出,光在真空中的传播速度为c。则(　　) A.三棱柱对细光束的折射率为 B.细光束在三棱柱中的传播速度等于光速c C.细光束有一部分将会从A点垂直于NP边射出棱镜 D.细光束第一次从A点传播到B点的时间为 解析:AC　设细光束发生全反射的临界角为C,依题意及几何关系可知C=60°,由sin C=,解得n=,故A正确;细光束在三棱柱中的传播速度为v==c,小于光速c,故B错误;由几何关系可知,光线将垂直于MP边从B点射出,同时有一部分光线在B点反射回来,根据光路可逆原理可知,有一部分光线会从A点垂直于NP边射出,故C正确;由几何关系可知,该细光束第一次从A点传播到B点的路程s=2×sin 60°=a,所需的时间t==,故D错误。 6.某城市喷泉灯光秀场中的水下固定一环状彩灯(如图所示),彩灯表面与水面平行,当彩灯发出黄光时,调节灯面距水面的深度到h0= m时,恰能使从水面透出光的区域呈一半径为R=0.405 m的圆形区域。水对黄光的折射率为n=,光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是(　　) A.环状彩灯的宽度d为3 cm B.彩灯发出的黄光射出水面的最长时间为t= C.若彩灯发出红光,则水面透光区域将变小 D.水面观察者观察到彩灯的深度比实际深度深,且与观察者的位置有关 解析:A　根据题意作出刚好发生全反射时的光路图如图甲所示, 根据几何关系可得R=d+2h0tan C,又sin C=,联立解得环状彩灯的宽度为d=0.03 m=3 cm,故A正确;彩灯发出的黄光射出水面的最长距离为s=,黄光在水中的传播速度为v=,则彩灯发出的黄光射出水面的最长时间为t=,联立解得t=,故B错误;若彩灯发出红光,由于水对红光的折射率小于对黄光的折射率,所以红光发生全反射的临界角较大,根据几何关系可知,水面透光区域的半径变大,则水面透光区域变大,故C错误;由于光线从水中射出空气时的折射角大于入射角,如图乙所示, 可知水面观察者看到彩灯的深度比实际深度浅,且与观察者的位置有关,故D错误。 B级·高考过关练 7. 在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体,直角边的长度为0.9 m,水的折射率n=,细灯带到水面的距离h= m,则有光射出的水面形状(用阴影表示)为(　　) A B C D 解析:C　灯带发出的光从水面射出时发生全反射临界角的正弦值sin C==,则tan C=,灯带上的一个点发出的光发生全反射的临界光路如图甲所示,根据几何关系可得r=htan C=× m=0.3 m,则一个点发出的光在水面上能看到r=0.3 m的圆,光射出水面的形状边缘为弧形,如图乙所示,等腰直角三角形发光体的内切圆半径r′=<=r,故中间无空缺,故选C。 8.(2025·金华三模)一束与水平面MN成θ角的平行红色光束射到半圆柱形玻璃砖的界面上,其横截面如图所示,经玻璃折射后,有部分光能从AC弧线中射出,经测定MA、AC、CN三段弧线的长度比为5∶6∶1,下列说法正确的是(　　) A.红色光在这种玻璃中发生全反射的临界角是30° B.入射红色光束与水平面MN成60°角 C.红色光在空气中的传播速度是这种玻璃中传播速度的倍 D.若改成绿色光束入射,相同条件下与出射弧线对应的角AOC将增大 解析:C　MA、AC、CN三段弧线的长度比为5∶6∶1,由数学知识可得∠MOA=×180°=75°,∠AOC=×180°=90°,∠NOC=×180°=15°,半圆周上只有弧AC范围内有光线从玻璃射出,弧MA和弧CN对应全反射。如图所示, 设从MN上的E点和F点入射的光线经折射射到A点和C点,从O点入射的光线射到D点,则有光线EA∥OD∥FC,对于从玻璃向空气的临界角C,由几何关系可知,圆弧AC对应的圆心角为2C=90° ,解得C=45°,故A错误;由sin C=,得n===,故C正确;由几何关系可知 ∠OEA=180°-75°-45°=60°,由折射定律n=,解得θ=45°,即入射红色光束与水平面MN成45°角,故B错误;同一种玻璃,绿光的折射率大于红光,则绿光的临界角小于红光,若改成绿色光束入射,相同条件下与出射弧线对应的角AOC等于两倍的临界角,故角AOC将减小,故D错误。 9.(2025·绍兴二模)如图所示为特种材料制成的玻璃砖,它的厚度为R,上下表面是边长为8R的正方形。玻璃砖上表面有一个以正方形中心O1为球心、半径为R的半球形凹坑,下表面正方形中心O2处有一单色点光源,玻璃砖上表面有光射出的位置离球心O1的最大距离为3R。已知球冠表面积公式为S=2πRh(h为球冠的高),光在真空中的速度为c,不考虑发生二次折射的光。下列说法正确的是(　　) A.玻璃砖对该单色光的折射率为 B.光在玻璃砖内传播的最短时间为 C.在半球面上有光射出部分的面积为(2-)πR2 D.若点光源发出的是白光,则在凹坑上方可观察到最外层是紫色的彩色光环 解析:C　如图所示,在最远点A刚好发生全反射,则sin C=,sin C=,解得C=60°, n=,A错误;竖直向上的光在玻璃砖内传播时间最短,为t==,B错误;设从O2点发出的光在球面上B点恰好发生全反射,则∠O1BO2=120°,由正弦定理得=,解得∠BO2O1=∠BO1O2=30°,由几何关系得h=R-Rcos 30°,所以从半球面上有光射出的区域面积为S=2πRh=(2-)πR2,C正确;红光的折射率最小,根据sin C=,红光的临界角最大,则在凹坑上方可观察到最外层是红色的彩色光环,D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $ 课时1　光的折射与全反射 课时作业 A级·基础巩固练 命题视角1　结合光的折射现象,考查折射定律应用及折射率计算 1.(2025·温州三模)如图甲所示是一圆柱形玻璃茶壶,茶壶中央有一圆柱形滤网,当茶壶中盛有水时,观测者从侧边看到滤网的水下部分比水上部分粗一些,其部分光路如图乙所示。测得滤网水上部分直径 d1=8.0 cm,滤网的像直径 d2=10.5 cm,茶壶壁直径 d3=20.0 cm,忽略茶壶壁和滤网的厚度,可得茶水的折射率约为(　　) A.1.31 B.1.52 C.2.00 D.2.50 2.(2025·衢州模拟)如图所示,一束宽度为a的平行单色光,从折射率为n1的介质1进入到折射率为n2的介质2中,单色光宽度变为b(b>a),已知单色光入射点A、B之间的距离为c,下列说法正确的是(　　) A.= B.= C.单色光在介质1中的频率小于在介质2中的频率 D.单色光在介质1中的波长小于在介质2中的波长 命题视角2　全反射,考查临界角计算、实际现象解释与综合建模能力 3. 如图所示,王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验,在失重环境下,往大水球中央注入空气,形成了一个空气泡,气泡看起来很明亮,其主要原因是(　　) A.气泡表面有折射没有全反射 B.光射入气泡衍射形成“亮斑” C.气泡表面有折射和全反射 D.光射入气泡干涉形成“亮斑” 4.如图所示,光导纤维由内芯和包层两个同心圆柱体组成,其中心部分是内芯,内芯以外的部分为包层,光从一端射入,从另一端射出,下列说法正确的是(　　) A.内芯的折射率大于包层的折射率 B.光线通过光导纤维的时间与内芯折射率无关 C.不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间相同 D.若紫光以如图所示角度入射时,恰能在内芯和包层分界面上发生全反射,则改用红光以同样角度入射时,也能在内芯和包层分界面上发生全反射 命题视角3　光的折射和全反射的综合问题,掌握发生全反射的条件 5.(多选)如图所示为某透明介质制成的棱镜的横截面图,该截面是边长为a的等边三角形MNP,一细光束垂直于NP边从A点射入三棱柱后,在MN的中点O处恰好发生全反射,之后从MP边的B点射出,光在真空中的传播速度为c。则(　　) A.三棱柱对细光束的折射率为 B.细光束在三棱柱中的传播速度等于光速c C.细光束有一部分将会从A点垂直于NP边射出棱镜 D.细光束第一次从A点传播到B点的时间为 6.某城市喷泉灯光秀场中的水下固定一环状彩灯(如图所示),彩灯表面与水面平行,当彩灯发出黄光时,调节灯面距水面的深度到h0= m时,恰能使从水面透出光的区域呈一半径为R=0.405 m的圆形区域。水对黄光的折射率为n=,光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是(　　) A.环状彩灯的宽度d为3 cm B.彩灯发出的黄光射出水面的最长时间为t= C.若彩灯发出红光,则水面透光区域将变小 D.水面观察者观察到彩灯的深度比实际深度深,且与观察者的位置有关 B级·高考过关练 7. 在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体,直角边的长度为0.9 m,水的折射率n=,细灯带到水面的距离h= m,则有光射出的水面形状(用阴影表示)为(　　) A B C D 8.(2025·金华三模)一束与水平面MN成θ角的平行红色光束射到半圆柱形玻璃砖的界面上,其横截面如图所示,经玻璃折射后,有部分光能从AC弧线中射出,经测定MA、AC、CN三段弧线的长度比为5∶6∶1,下列说法正确的是(　　) A.红色光在这种玻璃中发生全反射的临界角是30° B.入射红色光束与水平面MN成60°角 C.红色光在空气中的传播速度是这种玻璃中传播速度的倍 D.若改成绿色光束入射,相同条件下与出射弧线对应的角AOC将增大 9.(2025·绍兴二模)如图所示为特种材料制成的玻璃砖,它的厚度为R,上下表面是边长为8R的正方形。玻璃砖上表面有一个以正方形中心O1为球心、半径为R的半球形凹坑,下表面正方形中心O2处有一单色点光源,玻璃砖上表面有光射出的位置离球心O1的最大距离为3R。已知球冠表面积公式为S=2πRh(h为球冠的高),光在真空中的速度为c,不考虑发生二次折射的光。下列说法正确的是(　　) A.玻璃砖对该单色光的折射率为 B.光在玻璃砖内传播的最短时间为 C.在半球面上有光射出部分的面积为(2-)πR2 D.若点光源发出的是白光,则在凹坑上方可观察到最外层是紫色的彩色光环 学科网（北京）股份有限公司 $