03-第4章 4.3 光的全反射（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全反射核心知识，涵盖光疏与光密介质、临界角计算及全反射应用，通过基础过关练到能力提升练的题组设计，衔接光的折射前置知识，构建从概念理解到综合应用的学习支架。 其亮点在于结合日晕、沙漠蜃景等生活实例及水流导光实验，运用科学思维中的模型建构与几何推理，如第9题现象分析、第12题液体折射率计算，培养学生科学探究能力与应用意识，助力教师高效开展分层教学，提升学生物理观念与解题能力。

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3节　光的全反射 第1讲　描述运动的基本概念 题组一　光疏介质和光密介质 1.[多选题]下列说法正确的是 ( ) A.因为水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质 B.因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质 C.同一束光,在光密介质中的传播速度较大 D.同一束光,在光密介质中的传播速度较小 　BD     解析　因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质,故A错,B对;由v= 可知,光在 光密介质中的速度较小,故C错,D对。 第1讲　描述运动的基本概念 2.[多选题][2024河北沧州月考]一束光从介质1进入介质2,如图所示,下列对于1、2两种介质的光学属 性判断中正确的是 ( ) A.介质1是光疏介质 B.介质1的折射率大 C.光在介质1中传播速度大 D.光在介质2中传播速度大 　BD     解析　光线从介质1射入介质2,从题中光路图可以看出入射角为θ1=90°-60°=30°,折射角为θ2=90°-15°=7 5°,入射角小于折射角,说明介质1的折射率大,选项B正确,A错误;由n= 可知光在介质2中的传播速度 大,选项C错误,D正确。 第1讲　描述运动的基本概念 题组二　对光的全反射的理解 3.[多选题]光在某种介质中的传播速度是1.5×108 m/s,光从该介质射向空气时( ) A.该介质的临界角是30° B.大于或等于30°的所有角都是临界角 C.入射角大于或等于30°时都能发生全反射 D.该介质的临界角可能是60° 　AC     解析　由n= = =2,sin C= ,知临界角C=30°,所以A、C正确。 第1讲　描述运动的基本概念 4.如图所示,等腰三角形ABC为一棱镜的横截面(AB=AC)。一束光线垂直于AB入射,恰好在AC面上发 生全反射,并垂直于BC射出棱镜。则该棱镜的折射率为 ( )   A. 　　　　　B.1.5　　　　　C. 　　　　　D.  　A     第1讲　描述运动的基本概念 解析　光路如图所示,由几何关系可知α=∠C=∠B,2α+∠B=180°,解得α=60°,所以该棱镜的折射率为n=  = = ,故A正确,B、C、D错误。   第1讲　描述运动的基本概念 5.[2025河北邯郸期末]如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面,一束由a、b两种单色光组成的复色光 从真空沿半径方向入射到圆心O,当入射角θ=30°时,单色光a恰好发生全反射,单色光b的折射光线恰好 与a的反射光线垂直。则透明材料对a、b两种单色光的折射率之比为( )   A. 　　　　　B. 　　　　　C. 　　　　　D.  　B     第1讲　描述运动的基本概念   方法技巧     利用临界角确定介质折射率的步骤   第1讲　描述运动的基本概念 6.[2024山东济南期末统考]日晕是太阳光通过卷层云时受到冰晶的折射或反射而形成的一种物理现 象,其简化原理图如图所示。关于甲、乙两种光,下列说法正确的是 ( )   A.甲光的频率大于乙光的频率 B.甲光在冰晶中的传播速率大于乙光在冰晶中的传播速率 C.甲光在冰晶中的传播时间可能等于乙光在冰晶中的传播时间 D.从冰晶射入空气时,甲光发生全反射的临界角小于乙光发生全反射的临界角 　B     第1讲　描述运动的基本概念 解析　因甲光的偏折程度小于乙光,可知甲光的折射率较小,则甲光的频率小于乙光的频率,A错误;根 据v= 可知,甲光在冰晶中的传播速率大于乙光在冰晶中的传播速率,B正确;甲光在冰晶中的传播速度 较大,路程也较短,则甲光在冰晶中的传播时间小于乙光在冰晶中的传播时间,C错误;根据 sin C= 可知, 从冰晶射入空气时,甲光发生全反射的临界角大于乙光发生全反射的临界角,D错误。 第1讲　描述运动的基本概念 7.[2026广西南宁一模]如图所示,一个半径为r=3 cm的圆柱形软木塞,在其圆心处插上一枚大头针,可近 似认为软木塞浮在液面上,只有大头针浸在透明液体中。调整大头针插入软木塞的深度,当它露在软木 塞外面的长度为h=4 cm时,从液面上方各个方向向液体观察,恰好看不到大头针。则液体的折射率为  ( )   A. 　　　　　B. 　　　　　C. 　　　　　D.  　C     第1讲　描述运动的基本概念 解析    观察者在液面上方各个方向向液体中观察,刚好看不到液体中的大头针,说明由大头针最下端射 出的光线恰好在液面与软木塞的边缘处发生全反射(破题关键),作出光路图如图所示。   入射角等于临界角C,由几何关系有sin C= ,又 sin C= ,解得液体的折射率为n= ,故选C。 第1讲　描述运动的基本概念 8.[2026江西开学考试]一透明棱镜由三棱柱和四分之一圆柱组成,其横截面如图所示,圆弧BC的半径为 R,圆心为O,AB与AC的夹角θ=45°,AC上的D点到圆心O的距离为 R。一光线垂直AC面从D点入射,并 恰好在BC上的M点(图中未画出)发生全反射。光在真空中的传播速度为c,不考虑光线在棱镜中的多次 反射。求: (1)透明棱镜的折射率n; (2)光线在棱镜中传播的时间t。   答案    (1)     (2)  第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)由题画出光路图如图所示,设光线在透明棱镜中发生全反射的临界角为C0,有 sin C0=    根据几何关系,有 sin C0=  解得n=  (2)因为光线在AB上的N点的入射角为45°,所以光线在N点也发生全反射 第1讲　描述运动的基本概念 最后从AC上的P点射出,根据几何关系可知,光线在棱镜中传播的距离s=( +1)R 光线在棱镜中传播的速度大小v=  光线在棱镜中传播的时间t=  解得t=  第1讲　描述运动的基本概念 题组三　全反射现象的应用 9.[多选题]下述现象哪些是由于全反射造成的 ( ) A.露珠或喷泉的水珠,在阳光照耀下格外明亮 B.直棒斜插入水中时呈现弯折现象 C.口渴的沙漠旅行者,往往会看到前方有一潭晶莹的池水,当他们喜出望外地奔向那潭池水时,池水却 总是可望而不可即 D.在盛水的玻璃杯中放一空试管,用灯光照亮玻璃杯侧面,在水面上观察水中的试管,看到试管壁特别 明亮 　ACD     第1讲　描述运动的基本概念 解析　露珠或喷泉的水珠,在阳光照耀下部分位置发生全反射,故格外明亮,A符合题意;直棒斜插入水 中时呈弯折现象是光的折射现象,B不符合题意;口渴的沙漠旅行者,往往会看到前方有一潭晶莹的池 水,是全反射现象,C符合题意;盛水的玻璃杯中放一空试管,用灯光照亮玻璃杯侧面,在水面上观察水中 的试管,看到试管壁特别明亮,是由于发生了全反射,D符合题意。 第1讲　描述运动的基本概念 10.空气中两条光线a和b从虚线框左侧入射,分别从虚线框下方和上方射出,其框外光线如图所示。虚 线框内有两个折射率n=1.5的全反射玻璃棱镜。下列选项给出了两棱镜的四种放置方式的示意图。其 中能产生图中效果的是 ( )     　B     第1讲　描述运动的基本概念 解析　四个选项的光路图如图所示   可知B项正确。 第1讲　描述运动的基本概念 11.[2025江苏南京检测]导光管采光系统是一套采集天然光,并经管道传输到室内的采光系统,如图为过 装置中心轴线的截面。上面部分是收集阳光的半径为R的某种均匀透明材料的半球形采光球,O为球 心,下面部分是内侧涂有反光涂层的导光管,MN为两部分的分界面,M、N为球面两点。若一束平行于 MN且与MN相距h= R的细光束从空气入射到采光球表面时,经折射绿光恰好照射到N点。真空中的 光速为c。则 ( )   　B     A.绿光在采光球中的传播速度为 c B.红光一定能从N点上方射出 C.若为紫光,折射光线有可能经过O点 D.要使光束在导光管中发生全反射,涂层折射率应小于管壁折射率 第1讲　描述运动的基本概念 解析　根据题意画出绿光的光路图,如图所示,根据几何关系有sin α= = ,α=2θ,采光球对绿光的折射 率n= = ,则绿光在采光球中的传播速度为v= = c,故A错误;该种透明材料对红光的折射率比对 绿光的小,则红光一定能从N点上方射出,故B正确;紫光的折射光线不可能经过O点,如果经过O点,折射 角为0°,C错误;光由光密介质射向光疏介质可能发生全反射,则涂层折射率应大于管壁折射率,故D错 误。   第1讲　描述运动的基本概念 能力提升练 第3节　光的全反射 第1讲　描述运动的基本概念 题组一　全反射的理解及应用 1.[2026江苏南京月考]如图所示,为了装点夜景,在喷水池水下安装一点光源S,能向各个方向同时发出 红、黄、蓝三种不同颜色的光,在水面上形成三个圆形区域(俯视图),虚线为分界线。关于外侧两个区 域色光分布情况正确的是 ( ) 　A     第1讲　描述运动的基本概念   思路点拨　     第1讲　描述运动的基本概念 解析     设光从水射向空气时,在水面发生全反射的临界角为C,根据n= 可知,折射率越大,光发生全反射的 临界角越小。作出光源发出的三种光在水面恰好发生全反射时的部分光路(点拨:频率大,折射率大),如 图所示,则最内侧区域色光分布情况为蓝+黄+红,中间区域色光分布情况为黄+红,最外侧为红光,A正 确。   第1讲　描述运动的基本概念 2.[2026河北秦皇岛阶段测试]四川省自贡市生产的彩灯闪耀五湖四海,某研究团队在挑选合适的材料 制作彩灯所用透镜时,用红、绿和紫三种色光从空气中以60°角沿MN面上的A点射入透明介质,绿光恰 好在NP面发生全反射,反射光从PQ面上的B点射出,且AB与NP平行,光路图如图所示。下列说法正确的 是 ( ) A.从A点射入的红光,在PQ面的出射点在B、P间 B.紫光在该介质中的传播路程比绿光的大 C.从90°开始逐渐减小光在MN面上的入射角,NP面上最先消失的是紫光 　C     D.从60°开始稍微减小光在MN面上的入射角,绿光一定会从NP面射出 第1讲　描述运动的基本概念 解析　该透明介质对红光的折射率小于对绿光的折射率,则从A点射入的红光在NP面上的入射点偏左, 则红光在PQ面的出射点在B点下方,A错误;根据折射定律有n= ,则光线在该介质中传播的路程s=  = ,因该介质对紫光的折射率比对绿光的折射率大,可知紫光在该介质中的传播路程比 绿光的小,B错误;三种色光中,该介质对紫光的折射率最大,则紫光在MN面上的折射角最小,从90°开始 逐渐减小光在MN面上的入射角,光线在MN面上的折射角变小,则NP面上最先消失的是紫光,C正确;从 60°开始稍微减小光在MN面上的入射角,则NP面上的入射角变大,绿光仍发生全反射,则绿光不会从NP 面射出,D错误。故选C。 第1讲　描述运动的基本概念 3.[2025广东汕头期末]夏天的柏油马路上经常会看到前方路面上好像有一滩波动的水,有时候还看到 车的倒影。高温下,路面上方空气层的温度由下至上梯度式降低,折射率也随之变化。如图所示,从汽 车上A点反射的太阳光线在空气中多次折射,在底层空气处发生了全反射,下列说法正确的是 (        ) A.该光线在传播过程中频率不断变化 B.温度越高的空气层对该光线的折射率越小 　B     C.该光线在温度越高的空气层中的传播速度越小 D.若减小该光线的入射角θ,该光线更容易发生全反射 第1讲　描述运动的基本概念 解析　该光线在传播过程中频率保持不变,选项A错误;由题意可知,路面上方空气层的温度由下至上梯 度式降低,则越下面的空气层温度越高,由题光路图可知,下面的空气层相对于上面的空气层属于光疏 介质,即下面的空气层相对于上面的空气层的折射率小,故温度越高的空气层对该光线的折射率越小, 选项B正确;根据v= 可知该光线在温度越高的空气层中的传播速度越大,C错误;由题光路图可知,若增 大该光线的入射角θ,该光线更容易发生全反射,选项D错误。 第1讲　描述运动的基本概念 4.[2026湖北开学考试]某同学买了一个透明玻璃球,其内部材料折射率相同,球的半径为r。现有一单色 光从球上P点射向球内,折射光线与水平直径PQ的夹角θ=30°,出射光线恰好与PQ平行,如图所示。已知 光在真空中的传播速度为c,下列说法正确的是( )   A.玻璃球的折射率为  B.光在玻璃球中的传播时间为  C.入射角不变,换用波长更长的单色光,光在玻璃球中传播的时间变短 D.若逐渐增大射向玻璃球表面光的入射角,光可能因发生全反射而无法射出玻璃球 　C     第1讲　描述运动的基本概念 解析　画出法线如图所示   由题意可知出射光线恰好与PQ平行,由几何关系可知,光线射出时的折射角r=2θ,玻璃球的折射率为n=  = ,A错误。光在玻璃球中的传播速度为v= = ,光在玻璃球中传播路程s=2r cos θ= r,则光在 玻璃球中的传播时间为t= = ,B错误。波长更长的单色光,频率更小,折射率更小,折射角更大,若换用 波长更长的单色光,则光在玻璃球中传播的路程变短,光在玻璃球中传播速度变大,则传播时间变短,C 正确。由几何关系及光路的可逆性(点拨:射入时的折射角等于射出时的入射角,射出时的折射角等于 第1讲　描述运动的基本概念 射入时的入射角),只要光能射入玻璃球,一定能射出玻璃球,一定不会在球内发生全反射,D错误。故选 C。 方法技巧     求解光在介质中传播时间的一般思路   第1讲　描述运动的基本概念 题组二　全反射问题的相关计算 5.[2026浙江杭州阶段测试]如图所示,有一课本放在水平桌面上。一横截面为直角三角形的棱镜放在 书本上,书本与棱镜间有很薄的空气层。∠BAC=30°,∠BCA=60°,棱镜的折射率n=2。棱镜的整个侧面 BCC1B1上有一面光源,现只考虑面光源直接投射到棱镜底面上的光线,则书本被此光线照亮部分面积 与底面ACC1A1的面积之比为 ( ) A.1　　　　　B. 　　　　　C. 　　　　　D.  　B     第1讲　描述运动的基本概念 解析　由题意,作出一条由B射向D的临界光线(在D点恰好发生全反射),D点所在的平行于AA1的水平 线为照亮部分的边界线,如图所示:   设BD与底面法线夹角为θ,则sin θ= ,解得θ=30°,设BC长为L,根据几何关系可知,AC长为2L,而三角形 BCD为等边三角形(破题关键),所以AD=DC=L,D为底边中点,则被此光线照亮部分面积与底面ACC1A1 的面积之比为 ,故选B。 第1讲　描述运动的基本概念 6.[创新题·新考法][2025湖北十一校第一次联考]一厚度d为  cm的大平板玻璃水平放置,玻璃板的 折射率n= ,其下表面粘有一边长为2 cm的正方形发光面。在玻璃板上表面放置一纸片,若纸片能完全 遮挡住从正方形发光面发出的光线(不考虑反射),则纸片的最小面积为 ( )   A.(3+2 ) cm2　　　　　B.9π cm2 C.(12+π) cm2　　　　　D.16 cm2 　C     第1讲　描述运动的基本概念 解析　发光面边缘点发出的光线在界面处发生全反射的光路图如图甲所示,由图可知边缘点发出的光 线在玻璃板上表面形成的发光扇形的半径为r=d tan C,根据临界角公式有sin C= ,联立解得r=1 cm。俯 视玻璃板上表面,会看到发光区域如图乙所示,发光面积为S=a2+4ar+πr2=(12+π) cm2,选项C正确。  　      一题多变     若把边长为2 cm的正方形发光面,改成半径R=2 cm的圆形发光面,若纸片能完全遮挡住从圆形发光面 发出的光线(不考虑反射),则纸片的最小面积为多少? 提示:S=π(r+R)2=9π cm2。 第1讲　描述运动的基本概念 7.[2026浙江一模]如图1,玻璃半球半径为R,O为球心,AB为直径。现有均匀分布的单色光垂直入射到半 球的底面,玻璃对其的折射率为 。已知如图2所示的球冠(不含底面)的表面积为S=2πRh,若只考虑首 次射到球面的光,则下列说法正确的是 ( )        A.所有射入到半球底面的光中有 的光会发生全反射 B.从上往下看,整个半球面被照亮的面积为(2- )πR2 C.单色光在玻璃中的传播速度为 c D.改用频率更高的另一单色光垂直入射到半球的底面,整个半球面被照亮的面积增大 　B     第1讲　描述运动的基本概念 解析　光恰好发生全发射时的光路示意图如图所示,由sin C= = ,得r= R,可知∠C=45°,根据 =  ,知所有射入到半球底面的光中有 的光会发生全反射,A错误。h=R-r= R,被照亮的面积为S=2 πRh=(2- )·πR2,B正确。根据v= 可知,单色光在玻璃中的传播速度为 c,C错误。光的频率越大,折 射率越大,根据sin C= 可知临界角越小,被照亮的面积减小,D错误。   第1讲　描述运动的基本概念 8.[2025江苏南通启东中学月考]如图甲所示,公园里的装饰灯在晚上通电后会发出非常漂亮的光。该 装饰灯可简化为图乙所示模型,该装饰灯为对红光的折射率n=1.5的透明材料制成的棱长为L的立方体, 中心有一个发红光的点光源O,不考虑光的二次和多次反射,真空中光速为c。求: (1)光线从装饰灯射出的最长时间; (2)从外面看装饰灯六个面被照亮的总面积。  　      第1讲　描述运动的基本概念 答案    (1)     (2) L2 模型建构　       第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)考虑射到侧面上一条恰好发生全反射的光线,临界角满足sin C= =  则cos C=  又因为n=  光线从装饰灯射出的最长时间tmax=  联立解得tmax=  (2)每一侧面被照亮区域的半径r=  tan C 面积S1=πr2=  从外面看装饰灯六个面被照亮的总面积为S=6S1= L2 第1讲　描述运动的基本概念 创新题型 创新点　水流导光 9.为了验证光纤传导激光的原理,某同学设计了一个利用水流导光的实验来模拟光纤导光情境,他将塑 料瓶下侧开一个小孔,瓶中灌入适量某种透明溶液,溶液从小孔沿水平方向冲出形成稳定液柱,如图所 示。用激光沿水平方向从塑料瓶小孔射入流出的液柱中,可观察到光沿液柱传播。已知此溶液的折射 率n= ,小孔直径d=8 mm,瓶内液体足够多。若要顺利完成此实验,使沿小孔水平射入的激光被约束在 液柱中,需保证激光从小孔射入第一次到达液柱与空气的分界面时不能有光透射出液柱,忽略空气对液 柱的阻力,试求(计算时取重力加速度g=10 m/s2): (1)激光沿液柱传播时临界角的正弦值; (2)从A处流出的水流初速度大小应满足的条件。 第1讲　描述运动的基本概念 答案    (1)     (2)见解析 模型建构　       第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)由全反射临界角公式sin C=  得激光沿液柱传播时临界角的正弦值sin C=  (2)激光被约束在小孔高度范围内,当通过小孔最底端的光线在液柱外侧发生全反射时,所有光线都能 在液柱中传播(破题关键),如图所示,若此时入射角为C,从A处流出的水做平抛运动,vy= =0.4 m/s   由于sin C= ,则C=45° 第1讲　描述运动的基本概念 则tan C=1 又tan C=  解得v0=0.4 m/s 当v0≥0.4 m/s时即可不漏光。 第1讲　描述运动的基本概念 $