光的折射和全反射 讲义-2027届高考物理一轮复习

该高中物理讲义聚焦光的折射、全反射及色散等高考核心考点，按概念规律应用的逻辑层次系统梳理折射定律、折射率、临界角等知识，通过考点精讲、典例剖析、实战演练的教学流程，帮助学生构建完整知识网络并突破解题难点。 资料以高考命题规律为导向设计例题，如液体折射率测量、棱镜光路分析等，培养学生科学思维与模型建构能力。设置基础到综合的分层练习，配合即时反馈，确保高效复习，助力学生提升应考能力，为教师把控复习节奏提供清晰指引。

光的折射和全反射 一、折射现象：光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生改变的现象。 1.折射定律：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。 (1)表达式：＝n12，式中n12是比例常数。 完整表达式：。 (2)在光的折射现象中，光路是可逆的。 (3)在折射现象中，折射率越大，光线越靠近法线。 2.折射率：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，用符号n表示。 (1)表达式：n＝。 (2)折射率与速度的关系：n＝，因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1。 3.光密介质与光疏介质 (1)光密介质：折射率相对较大的介质。 (2)光疏介质：折射率相对较小的介质。 (3)光密介质和光疏介质是相对的。某种介质相对其他不同介质可能是光密介质，也可能是光疏介质。 平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球) 对光路的控制特点 通过平行玻璃砖后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，出射光线向棱镜底面偏折 圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折 二、全反射:光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部消失，只剩下反射光线的现象。 说明：入射角增大的过程中，折射光的能量减少，反射光的能量增加，当发生全反射时，反射光的能量最强。 1.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。 2.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。 3.全反射的应用 (1)全反射棱镜 (2)光导纤维 说明：内芯相对于外套为光密介质，内芯的折射率大于外套的折射率。 三、光的色散 1．光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。 2．色散规律：当一束白光入射到棱镜界面时，各种色光的折射角不同，红光偏折得最小，紫光偏折得最大；当它们从另一个界面射出时，仍然是紫光的偏折最大，红光的偏折最小。 3．光的色散现象说明 (1)白光为复色光； (2)同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大； (3)不同色光在同一介质中的传播速度不同，根据n＝，频率越大，折射率越大，则波速越小。 例1、一种测量液体折射率的V形容器，由两块材质相同的直角棱镜粘合，并封闭其前后两端制作而成。容器中盛有某种液体，一激光束从左边棱镜水平射入，通过液体后从右边棱镜射出，其光路如图所示。设棱镜和液体的折射率分别为n0、n，光在棱镜和液体中的传播速度分别为v0、v，则(　　) A.n<n0，v>v0 B.n<n0，v<v0 C.n>n0，v>v0 D.n>n0，v<v0 例2、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。忽略器壁厚度，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 例3、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。 例4、某学习小组测量半径为R的透明半圆柱体玻璃的折射率，其横截面如图所示为半圆形，MN是通过透明玻璃体横截面圆心O的直线，用激光笔沿平行于MN的直线AB射向该柱体，B为入射点，角∠BOM＝60°。CD为出射光线，CD与MN相交，夹角α＝30°。已知光在真空中的传播速度为c，求： (1)透明玻璃半圆柱体材料对该激光束的折射率； (2)激光束在半圆柱体中传播的时间。 例5、半径为R的透明玻璃球切去底面半径r＝R的球冠成为一个大球冠，如图所示，玻璃的折射率n＝2，一束半径r＝R的光束垂直球冠的切面照射到球冠上，进入球冠的光线有部分从球面射出而使球面发光，已知光在真空中的传播速度为c，且球冠不含底面的表面积公式为S＝2πRh，R为球的半径，h为球冠的高度。不考虑光在球冠内的反射，求： (1)发光球面的面积； (2)光束正中间的光线通过大球冠的时间。 例6、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 例7、(多选)等腰三角形abc为一棱镜的横截面，ab＝ac；一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜，在bc边反射后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两束，甲光的出射点在乙光的下方，如图所示。不考虑多次反射。下列说法正确的是(　　) A．甲光的波长比乙光的长 B．甲光的频率比乙光的高 C．在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大 D．该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率 例8、光学反射棱镜被广泛应用于摄像、校准等领域，其中一种棱镜的截面如图，eh边为镀膜反射面，ef＝eh，fg＝gh，∠e＝60°，∠g＝120°，棱镜的折射率为，光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s，若细光束从O点以60°的入射角从真空射入棱镜，求： (1)光在上述棱镜中传播速度的大小； (2)光束从棱镜中射出的折射角，并完成光路图。 实战演练 1.(多选)如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O，当θ＝30°时，反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是(　　) A.该材料对红光的折射率为 B.若θ＝45°，光线c消失 C.若入射光a变为白光，光线b为白光 D.若入射光a变为紫光，光线b和c仍然垂直 2.地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是(　　) 3.(多选)如图所示，一束光由空气斜射到透明介质球上的A点，入射角为i，则(　　) A.当i足够大时，在A点将发生全反射 B.当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射 C.无论i多大，在A点都不会发生全反射 D.无论i多大，光从球内向外射出时，都不会发生全反射 4.为了提高光刻机的分辨率，可在光刻机透镜组与焦平面之间充入超纯水，从而改变激光的波长和偏折角度。当透镜组与焦平面之间的介质是空气时，从透镜组一侧射入光线，入射角为，折射角为，如图所示。该光在空气中的波长为，将空气的折射率视为1。若在光刻机透镜组与焦平面之间充入超纯水，超纯水折射率为n，保持折射角不变，入射角变为，则( ) A.该光在超纯水中的波长大于 B.该光在超纯水中的波长小于 C. D. 5.如下图所示，一束由红、蓝色光组成的复合光，以入射角θ从侧面射入均匀透明的长方体玻璃砖，在玻璃内色散成a、b两束，在玻璃砖上表面刚好没有光线射出。已知红光的折射率小于蓝光的折射率，则（　　） A. b为红色光束 B. 全反射临界角 C. 玻璃对红光的折射率 D. 若缓慢增大θ，蓝光先从上表面射出 6.如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为(　　) A.d B.d C.d D.d 7.一玻璃柱的折射率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。 8.如图，半径为R的球面凹面镜内注有透明液体，将其静置在水平桌面上，液体中心厚度CD为10 mm。一束单色激光自中心轴上距液面15 mm的A处以60°入射角射向液面B处，其折射光经凹面镜反射后沿原路返回，液体折射率为。求： (1)光线在B点进入液体的折射角； (2)凹面镜半径R。 9.如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在的平面，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。 　 10.某光学元件由两种不同材质的透明材料Ⅰ和Ⅱ构成，其横截面如图所示。O点为半球体的球心，在该点正上方R处的P点有一点光源，能够朝各个方向发射某单色光。已知透明材料Ⅱ上表面水平，∠BAC＝45°，半球体透明材料Ⅰ的半径为R，折射率n1＝2，透明材料Ⅱ的折射率n2＝，真空中的光速为c。 (1)求半球体外表面发光区域在水平面内的投影面积(忽略各界面上的反射光)； (2)求沿PO方向射出的光在透明材料Ⅰ和Ⅱ内传播的总时间(忽略多次反射光)。 答案 例1、A 例2、B 例3、l 例4、(1)　(2) 例5、(1)(2－)πR2　(2) 例6、C 例7、AC 例8、(1)×108 m/s　(2)60°　 实战演练 1.ABC 2.A 3.CD 4.D 5.C 6.C 7. 8.(1)30°　(2)55 mm 9.　a 10.(1)　(2) 1 学科网（北京）股份有限公司 $