第36讲 光的折射 全反射 讲义 -2027届高三物理一轮复习

该高中物理高考复习讲义聚焦光的折射与全反射核心考点，按光的折射现象及定律、折射率理解、全反射条件与应用的逻辑层次梳理知识，通过考点分析（含液体/玻璃介质类问题）、方法指导（如全反射解题步骤）、真题典例（2025-2026年地方卷题）等环节，帮助学生构建光路分析框架，突破折射率计算、临界角判断等难点。 资料以科学思维培养为核心，创新采用“现象-规律-应用”教学链，如通过表格对比平行玻璃砖、三棱镜、圆柱体对光路的控制特点，引导学生建构光学模型。设置分层典例（基础计算到综合光路），配合光路图绘制训练，提升学生科学推理与问题解决能力，为教师精准把控复习节奏、高效提升学生应考技能提供有力支持。

第36讲 光的折射　全反射 讲义 知识梳理： 一．光的折射 1．光的反射现象与折射现象 　　一般来说，光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质，这个现象叫作光的反射；另一部分光会进入第2种介质，这个现象叫作光的折射(如图所示)。 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：＝n12，式中n12是比例常数。 (3)与光的反射现象一样，在光的折射现象中，光路也是可逆的。 3．折射率 (1)定义：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。 (2)物理意义：折射率反映介质的光学特性，折射率大，说明光线以相同入射角从真空斜射入该介质时偏折的角度大，反之偏折的角度小。 (3)定义式：n＝。 (4)折射率与光速：某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝。由于c>v，故任何介质的折射率都大于(填“大于”或“小于”)1。 二．光的全反射 1．光密介质与光疏介质 (1)光密介质：折射率较大的介质。 (2)光疏介质：折射率较小的介质。 (3)光密介质与光疏介质是相对的。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。 2．全反射 (1)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。 (2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光。 (3)临界角：折射角等于90°时的入射角。光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sinC＝。 3．全反射的应用 (1)全反射棱镜：用来改变光的方向。 　 (2)光导纤维(简称光纤) ①结构：直径在几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质。 ②原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内芯和外套的界面上时，入射角都大于临界角，从而发生全反射。 考点一　折射定律　折射率 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，也反映了光在该介质中传播速度的大小。 (2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关，与入射角和折射角的大小无关。 ①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小。 ②同一种光在不同介质中，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。 液体介质类 典例１：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。 答案　(1)30°　(2)55 mm 解析　(1)根据光的折射定律n可知，光线在B点进入液体的折射角满足 sin r 可知r＝30° 光线在B点进入液体的折射角为30°。 (2)因折射光经凹面镜反射后沿原路返回，可知折射光线垂直于凹面镜。如图所示，折射光线的反向延长线过凹面镜的圆心O， 由几何关系得∠ABC＝∠COB＝30° 由题干可知AC＝15 mm，CD＝10 mm， 则B、C的距离为BC15 mm OC的距离为OC45 mm 由几何关系得凹面镜半径R＝OC＋CD＝55 mm。 玻璃介质类 典例2：(2026·江苏常州期末)如图所示，在“测量玻璃砖折射率”的实验中，某同学发现当光以入射角θ1=60°从空气射入截面为矩形的玻璃砖时，下表面射出玻璃砖的光线相对于入射光线的侧移长度恰好等于BC。已知玻璃砖厚度为L，光在空气中的传播速度为c。求: (1)玻璃砖折射率; (2)光在玻璃砖中传播的时间。 答案　(1)　(2) 解析　(1)过B点作垂直于入射光线延长线的垂线BD，如图所示 因侧移长度恰好等于BC，即BD=BC 所以Rt△ABD与Rt△ABC全等。则 β=θ2==30° 由折射定律可得玻璃砖的折射率n==。 (2)光在玻璃砖中传播的速度v== 光在玻璃砖中传播的时间t===。 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 考点二　全反射 1.解答全反射问题的技巧 (1)解答全反射问题时，要抓住发生全反射的两个条件: ①光必须从光密介质射入光疏介质。 ②入射角大于或等于临界角。 (2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符。 2.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。 3.解决全反射问题的一般步骤 (1)确定光是从光密介质进入光疏介质。 (2)应用sin C=确定临界角。 (3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射。 (4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图。 (5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题。 典例３：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v2.4×108 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 C0.8，光线刚好发生全反射时在透明材料中的路程为s7.5 m，则t' s＝3.125×10－8 s，故C正确。 典例４：(2025·云南卷)用光学显微镜观察样品时，显微镜部分结构示意图如图甲所示。盖玻片底部中心位置O点的样品等效为点光源，为避免O点发出的光在盖玻片上方界面发生全反射，可将盖玻片与物镜的间隙用一滴油填充，如图乙所示。已知盖玻片材料和油的折射率均为1．5，盖玻片厚度d＝2．0 mm，盖玻片与物镜的间距h＝0．20 mm，不考虑光在盖玻片中的多次反射，取真空中光速c＝3．0×108 m/s，π＝3．14。 (1)求未滴油时，O点发出的光在盖玻片的上表面的透光面积(结果保留2位有效数字)； (2)滴油前后，光从O点传播到物镜的最短时间分别为t1、t2，求t2－t1(结果保留2位有效数字)。 答案　(1)1．0×10－5 m2　(2)3．3×10－13 s 解析　(1)未滴油时，画出O点发出的光在盖玻片的上表面恰好发生全反射时的光路图如图所示 透光区域为圆形，设圆的半径为r，则有 sinC＝ 由全反射临界角公式得sinC＝＝ 透光面积为S＝πr2 联立解得S＝1．0×10－5 m2。 (2)滴油前后，光从O点传播到物镜的最短路径均为从O点竖直向上射出的光线的路径，又光在油中的传播速度v＝ 则t1＝＋　　　　　t2＝ 联立解得t2－t1＝3．3×10－13 s。 考点三　光的折射和全反射的综合问题 　　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。 典例５：(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 答案　ABC 解析　如图所示，根据几何关系可知，当入射角θ＝30°时，折射角β＝90°－θ＝60°，根据折射定律可得n，A正确;根据全反射临界角公式可知sin C，由于sin 45°>，则45°>C，因此θ＝45°时，光在O点发生全反射，光线c消失，B正确;光在界面处发生反射时，不改变光的颜色，则入射光的颜色与反射光的颜色相同，C正确;若入射光a变为紫色，则折射角β增大，反射角不变，根据几何关系可知，光线b和c的夹角将小于90°，D错误。 典例６：(2025·湖北卷)如图所示，三角形ABC是三棱镜的横截面，AC＝BC，∠C＝30°，三棱镜放在平面镜上，AC边紧贴镜面。在纸面内，一光线入射到镜面O点，入射角为α，O点离A点足够近。已知三棱镜的折射率为。 (1)若α＝45°，求光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值。 (2)若光线从AB边折射后直接到达BC边，并在BC边刚好发生全反射，求此时的α值。 答案：(1)　(2)60° 解析：(1)作出光路图如图所示。 由几何关系可知 ∠BAC＝∠B＝＝75° 光线从AB边射入棱镜时的入射角 i＝90°－[75°－(90°－α)]＝105°－α 当α＝45°时，i＝60° 根据折射定律有n＝ 解得光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值为sinr＝。 (2)设此时光线在AB边的入射角和折射角分别为i′、r′，由(1)问图可知，光线在BC边的入射角为β＝90°－[180°－75°－(90°－r′)]＝75°－r′， 若光线在BC边恰好发生全反射，由发生全反射的临界角公式有sinβ＝ 解得β＝45° 则r′＝30° 根据折射定律有n＝ 结合(1)问中分析可知i′＝105°－α 解得此时α＝60°。 学科网（北京）股份有限公司 $