01-第4章 4.1 光的折射（PPT同步课件）-【学而思】2026-2027学年高二物理选择性必修第一册（鲁科版）

该高中物理课件聚焦光的折射，涵盖折射定律、折射率、光的色散及应用。通过地球大气层对日出时间影响等实例导入，衔接光的反射，搭建从概念理解到综合应用的学习支架。 其亮点在于结合生活与科技实例（如冰泡湖、太空水球），通过模型建构、科学推理培养科学思维，一题多解（如极限思维）和“作图-找角-几何关系-算折射率”步骤提升解题能力。学生能深化物理观念，教师可高效开展分层教学。

第4章 光的折射和全反射 第1讲　描述运动的基本概念 基础过关练 第1节　光的折射 第1讲　描述运动的基本概念 题组一    对光的反射、折射的理解 1.一束光线从空气射向玻璃,入射角为α。下列四幅光路图中正确的是 ( ) 　A     解析　一束光线从空气射向玻璃,入射角为α,在界面光线发生折射,折射角小于入射角,即θ<α,同时光线 在界面上还会发生反射,故A正确。 第1讲　描述运动的基本概念 2.假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比( ) A.将提前 B.将延后 C.某些地区将提前,在另一些地区将延后 D.不变 　B     第1讲　描述运动的基本概念 解析　假如地球周围没有大气层,太阳光将沿直线传播,如图所示,在地球上B点的人将在太阳到达A'点 时看到日出;而地球表面有大气层时,由于离地球表面越近,大气的密度越大,折射率越大,太阳光将沿如 图示的AO1O2B进入在B处人的眼中,使在B处的人看到日出,但在B处的人认为光是沿直线传播的,则认 为太阳应位于地平线上的A'点,其实此时太阳还在地平线以下,相当于日出时刻提前了。所以无大气层 时,日出的时间将延后,故B对。   第1讲　描述运动的基本概念 题组二　折射率及折射定律 3.[2026云南阶段测试]某同学利用盐水溶液进行光学实验,当底层浓盐水向上扩散时,其折射率随高度 增加而逐渐减小。此时下列四个选项中,单色光在盐水中的光路图可能正确的是 ( ) 　B     解析    由题知,当底层浓盐水向上扩散时,其折射率随高度增加而逐渐减小,所以盐水从上到下折射率 逐渐增大(破题关键),根据折射定律可知,当光从折射率小的介质进入折射率大的介质时,折射光线会越 来越靠近法线,故选B。 第1讲　描述运动的基本概念 4.[2026重庆沙坪坝期中]如图所示,一足够大的、顶角A为30°的直角玻璃砖,一束单色平行光从AB面垂 直射入,从AC面射出,射出时光束宽度变为射入前的一半。则该玻璃砖的折射率为 ( )   A. 　　　　　B. 　　　　　C. 　　　　　D.  思路点拨　       　B     第1讲　描述运动的基本概念 解析     光路图如图所示:   由几何关系得 = ,α+β=90°,解得 sin α= ,sin β= ,由折射定律得n= = ,B正确。 第1讲　描述运动的基本概念 5.[2024山东新泰中学月考]如图所示,为了从军事工程内部观察外面的目标,在工程的墙壁上开一长方 形的孔,孔内嵌入折射率为 的玻璃砖,则嵌入玻璃砖后工事内部人员观察到外界的视野最大张角为 (sin 37°=0.6,cos 37°=0.8) ( )   A.37°　　B.53°　　C.74°　　D.106° 　D     第1讲　描述运动的基本概念 解析　军事设施内的人从内壁左侧能最大范围观察右边的目标,光路如图所示。由几何关系有 sin r=  = ,解得r=37°;根据折射定律有 =n,解得i=53°,则最大张角为θ=2i=106°,故A、B、C错误,D正 确。   第1讲　描述运动的基本概念 6.[多选题]如图,一玻璃柱体的横截面为半圆形,一细单色光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心),产生 反射光束1和折射光束2。已知玻璃折射率为 ,入射角为45°(相应的折射角为24°),现保持入射光不变, 将半圆柱绕O点在图示平面内顺时针转过15°,如图中虚线所示,则 ( ) A.光束1转过15° B.光束1转过30° C.光束2转过的角度小于15° D.光束2转过的角度大于15° 　BC     解析　转动前,光束1(反射光)与入射光间的夹角为A=45°×2=90°,光束2(折射光)偏离入射光的角度为B =45°-24°=21°。转动后,反射光与入射光的夹角A'=60°×2=120°。根据折射定律可得 = ,解得r= 30°,则折射光偏离入射光的角度为B'=60°-30°=30°。因为ΔA=A'-A=30°,ΔB=B'-B=9°,故B、C正确。 第1讲　描述运动的基本概念 7.[2024福建部分高中联考]如图所示为一纵截面为正方形的水池,其中AB=BC=7 m,现在水池中注入深 为4 m的水,A点有一激光源,该激光源发射的激光束斜射到O点,该激光束经水折射后刚好射到C点。已 知EO=4 m,光在真空中的速度为c=3.0×108 m/s。 (1)求水的折射率; (2)如果池中水的深度为3.5 m,该激光束仍沿原来的AO方向射到水面,求该激光束第一次射到水池壁上 的位置与C点间的距离。(结果保留2位有效数字)   答案    (1)     (2)0.39 m 第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)如图所示,设界面处的入射角为i,折射角为r   根据几何关系有tan (90°-i)= = ,tan (90°-r)= =  解得i=53°,r=37° 所以水的折射率为n= =  (2)如果池中水的深度为3.5 m,该激光束仍沿原来的AO方向射到水面,光路如图所示 第1讲　描述运动的基本概念   根据几何关系有MO'=AM·tan 53°=3.5×  m=  m,O'N=7 m-MO'=  m 则NQ=O'N tan 53°=  m 解得QC=3.5 m-NQ≈0.39 m 第1讲　描述运动的基本概念 8.[2024山东日照期末]如图所示,棱镜截面ABC为等腰三角形,∠B=∠C=30°,BC=l。一束单色光从AB的 中点沿平行于BC方向射入棱镜,经BC面反射后,恰好从AC的中点平行于BC方向射出棱镜。已知棱镜 置于真空中,光在真空中的传播速度为c,求: (1)该棱镜的折射率; (2)该单色光在棱镜中的传播时间。   答案    (1)     (2)  第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)过入射点作法线,折射光线在BC面发生反射,反射后的光线到达AC边的中点,光路如图所示, 由几何关系可知,入射角α=60°,折射角β=30° 根据折射定律可得n= ,故棱镜的折射率n=  (2)由几何关系可知,光在棱镜中传播的路程s=2× = l 光在棱镜中的传播速度v=  该单色光在棱镜中的传播时间t= =  第1讲　描述运动的基本概念 题组三　光的色散问题 9.如图所示,在水中有一厚度不计的薄玻璃片做成的中空三棱镜,里面是空气,一束白光A从棱镜的左边 射入,从三棱镜的右边射出时发生色散,射出的可见光分布在a点和b点之间,则( )   A.从a点射出的是红光,从b点射出的是紫光 B.从a点射出的是紫光,从b点射出的是红光 C.从a点和b点射出的都是紫光,从a、b中点射出的是红光 D.从a点和b点射出的都是红光,从a、b中点射出的是紫光 　B     第1讲　描述运动的基本概念 解析　光从左边界面射入后,发生折射现象,由于水对紫光的折射率比对红光的大,所以当光从水中射 入空气中,在入射角相同的情况下,折射角不同,紫光的折射角大于红光,故从a点射出的为紫光,从b点射 出的为红光,故B正确。 易错警示     本题易错选A项,错误原因在于把中空的三棱镜当作了普通的三棱镜。“通过棱镜的光线向底边方向 偏折”不适用于本题的条件,切忌生搬硬套。 第1讲　描述运动的基本概念 10.[2026贵州安顺阶段测试]如图,OBCD为半圆柱体玻璃的横截面,OD为其直径。由a和b两束单色光组 成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃,然后分别从B、C两点射出。已知OB和OC的长度之比为2∶3, 则a、b两束光在该玻璃中的折射率之比为( )   A.1∶1　　　　　B.2∶3　　　　　C.3∶2　　　　　D. ∶  　C     第1讲　描述运动的基本概念 解析　如图所示:   根据几何关系可得sin θa= ,sin θb= ,可得折射角的正弦值之比为 = ,根据折射定律n= ,入 射角相同,则a、b两束光在该玻璃中的折射率之比为 = = ,故选C。 第1讲　描述运动的基本概念 题组四　光的折射定律的应用 11.[2024山东济南期末]如图所示,长为8 m的船静止在水面上,船甲板中央有一高为2  m的桅杆,桅杆 顶部安装有点光源,由此光源照射使船在水底形成影子的长度为16 m,已知水的折射率为 ,忽略甲板到 水面的高度,则水深为 ( ) A.4 m　　　　　B.4  m C.4  m　　　 D.4  m 　C     第1讲　描述运动的基本概念 解析　作出边界光线的折射光路图,如图所示,设入射角为θ1,折射角为θ2,则有 = ;由几何关系,可得 sin θ1= ,sin θ2= ,联立解得水深h=4  m,故选C。   第1讲　描述运动的基本概念 方法技巧     搞清“三线、两角、一界面”巧解光路问题 (1)根据题意正确画出光路图。 (2)利用几何关系确定光路中的边、角关系,注意入射角、反射角、折射角的确定。 (3)利用反射定律、折射定律求解。 (4)注意光路的可逆性的利用。 第1讲　描述运动的基本概念 能力提升练 第1节　光的折射 第1讲　描述运动的基本概念 题组一　对光的折射现象的理解 1.[创新题·新考法][2026江西南昌阶段测试]如图(a)所示,矩形玻璃砖abcd平行于光屏P放置于其上方, 两束平行的同种单色光A、B斜射到玻璃砖的ad面,两个入射点间的距离为x1,穿过玻璃砖下表面bc后,射 在光屏P上两个点间的距离为x2。不考虑光在玻璃砖中的反射,只减小玻璃砖的厚度,其他条件和状态 保持不变,如图(b)所示,则射在光屏上的两个点( ) 　C     A.位置左移,距离不变　　　　　 B.位置左移,距离变小 C.位置右移,距离不变　　　　　 D.位置右移,距离变大 第1讲　描述运动的基本概念 解析　根据折射定律作出减小玻璃砖厚度前后的光路图如图所示:   第1讲　描述运动的基本概念   一题多解     第1讲　描述运动的基本概念 题组二　对折射率的理解与计算 2.[2026河南阶段测试]内壁为光滑半球形的碗底水平放置一枚硬币,小明同学站在某一位置恰好仅能 看到硬币边缘一点,将碗中注满透明液体后,恰好能看到整个硬币,已知硬币的半径为碗内壁半径的 , 则该透明液体的折射率为 ( )   A. 　　　　　B. 　　　　　C. 　　　　　D.  　C     第1讲　描述运动的基本概念 解析       第1讲　描述运动的基本概念 3.[创新题·新考法][多选题][2026河北秦皇岛期中]如图1所示为漠河冰泡湖的冬日奇景。因极寒天 气导致湖面冰封速度过快,“冰泡”是湖底的沼气(甲烷)在上升过程中被“锁”在冰层之中而形成的。 某冰层处的气泡可简化成图2所示模型,气泡上、下表面可视为与冰面平行的平面。一束由两种单色光 组成的复色光从冰面上A点射入冰层,复色光与冰面夹角为θ,光线射入冰层后分成了两束单色光,两束 单色光分别打在气泡底部的B、C两点,B、C间距为d。光线在气泡上表面和下表面的反射光在冰面形 成D1、E1、D2、E2四个光斑。空气和甲烷的折射率视为相等,不考虑光的三次反射,下列说法正确的是 ( )        　AC     A.冰对形成光斑E1的光的折射率小 B.冰对形成光斑D1的光的折射率小 C.D2、E2间的距离为2d D.D2、E2间的距离为 d 第1讲　描述运动的基本概念 关键点拨　     由题画出光路图如图所示,由对称性和几何关系可知,图中阴影区域的两个三角形为全等三角形,进而 可得D2、E2间的距离为2d。 第1讲　描述运动的基本概念 解析     光线在气泡上表面的反射光在冰面形成D1、E1,则从冰面入射时,入射角相同,形成光斑E1的光折射角 大,根据n= 可知,冰对形成光斑E1的光的折射率小,A正确,B错误;通过分析可知,D2、E2间的距离为2d, C正确,D错误。 第1讲　描述运动的基本概念 4.[2024湖北武汉期中联考]如图所示,一水平放置的厚度为d=2 cm、折射率为n=2的平行玻璃砖,下表面 镀银(成反射镜)。一物点A位于玻璃砖的上方距玻璃砖的上表面h=4 cm处。观察者在A点附近看到了 A点的像,A点的像到A点的距离等于多少?(不考虑光经玻璃砖上表面的反射;已知θ很小时,tan θ≈sin θ)   答案    10 cm 第1讲　描述运动的基本概念 解析　作出观察者在A点附近看到A点的像的光路图如图所示:   由折射定律得n=  由几何关系得x1=h tan θ,x2=d tan β,H=2(x1+x2)·tan (90°-θ)(式中H为物A到像A'的距离) 在小角度近似下tan θ≈ sin θ,tan β≈ sin β, tan (90°-θ)≈  联立以上各式得H=2(h+ ) 解得H=10 cm 第1讲　描述运动的基本概念 5.[2024江苏常州联盟学校期中]如图所示,透明玻璃体的上半部分是半球体,下半部分是圆柱体,半球体 的半径为R,O为半球体的球心。圆柱体的底面半径和高均为R,现有一半径为 R的圆环形平行光垂直 于圆柱体底面射向半球体,OO1为圆光环的中心轴线,所有光线经折射后恰好经过圆柱体下表面圆心O1 点,光线从O1射出后在玻璃体下方的水平光屏上形成圆形亮环,光屏到圆柱体底面的距离为R,光在真空 中的传播速度为c。求: (1)透明玻璃体的折射率; (2)光从入射点传播到光屏所用时间。   答案    (1)     (2)  第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)作出光路图如图所示:   由几何关系可得R sin α= R,解得α=60° 由图可知α=2β,所以β=30° 由折射定律有n= =  (2)光在玻璃体中的传播速度为v=  第1讲　描述运动的基本概念 光在玻璃体中的传播时间t1= =  由图知光线从O1点出射后与竖直方向的夹角为 α=60° 所以光从透明玻璃体出射后到光屏所用的时间 t2=  则光从入射点到光屏所用的时间为t=t1+t2=  第1讲　描述运动的基本概念 题组三　光的折射的综合应用 6.[2025山东阶段练习]2021年12月9日,“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站为青少年 带来了一场精彩纷呈的太空科普课。王亚平在水膜里注水,得到了一个晶莹剔透的水球,接着又在水球 中央注入空气,形成了两个同心的球。如图所示为过球心的截面图,AB为外球的一条直径,内球半径r= 5.4 cm。一束单色光从截面上A点与AB成i=53°角射向水球左侧表面,光线经折射后恰好与内球表面相 切,已知光在真空中传播的速度大小c=3.0×108 m/s,该单色光在水中的折射率n= ,sin 53°=0.8,cos 53°= 0.6。求该光在水球中传播的时间(不考虑光的反射)。 答案    6.4×10-10 s 第1讲　描述运动的基本概念 解析　如图所示,设从球面上A点射入水球的光折射角为α,由折射定律得n= = ,解得α=37°   设外球半径为R,则sin α= ,解得R=9 cm 光在水球中传播的速度大小v=  光在水球中传播的时间t= =  解得t=6.4×10-10 s 第1讲　描述运动的基本概念 7.[2025河北邯郸期中]圆心为O点、半径为R的固定半圆形玻璃砖的横截面如图甲所示,光屏PQ垂直 MN放置,垂足为M,OO'与MN垂直,一细光束沿半径方向与OO'成θ=30°角射向O点,光屏PQ上出现两个 光斑(图中未画出),两光斑间的距离为( +1)R。  　      (1)求该玻璃砖的折射率; (2)用上述玻璃制成横截面如图乙所示的三棱镜,∠A=60°、∠B=45°,一束平行于BC边的单色光从AB 边的中点D射入,从AC边上的D'点(图中未画出)射出,已知光在真空中的速度为c,AB边长为L,不考虑光 在棱镜内的多次反射,求光束在三棱镜中从D传播至D'的时间。 第1讲　描述运动的基本概念 答案    (1)     (2)  解析    (1)由题意知,细光束在MN界面一部分发生反射,另一部分发生折射,设折射角为β,反射角为γ,光 路图如图1所示(破题关键) 由反射定律得γ=θ=30° 由几何关系得∠MP'O=γ=30°,则d2= = R 根据题意,两光斑间的距离为( +1)R,可知d1=R 由几何关系知β=45° 根据折射定律得该玻璃砖的折射率 n= = =  第1讲　描述运动的基本概念  　      (2)设光在AB界面上的入射角为θ1,折射角为θ2,由几何关系得θ1=45° 又因为 =n,解得θ2=30° 则α=60°,可知三角形ADD'为等边三角形,则DD'=  则t= = ,n=  解得光束在三棱镜中从D传播至D'的时间t=  第1讲　描述运动的基本概念 方法技巧     分析光在介质中的传播时间问题的基本步骤 (1)根据光的折射定律画出光路图。 (2)利用几何关系确定光在介质中传播的距离s。 (3)利用介质的折射率确定光在介质中的传播速度v。 (4)利用t= 计算传播时间。 第1讲　描述运动的基本概念 $