2024年高考物理總復(fù)習(xí)第一部分知識(shí)點(diǎn)梳理第十四章光第1講光的折射、全反射

第1講光的折射全反射

整合教材-夯實(shí)必備知識(shí)

一、光的折射定律折射率（選一第四章第1節(jié)）

1.折射現(xiàn)象:如圖1,光從第1種介質(zhì)射到該介質(zhì)與第2種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分光會(huì)返回

到第1種介質(zhì)，這個(gè)現(xiàn)象叫作光的反射;另一部分光會(huì)進(jìn)入第2種介質(zhì)，這個(gè)現(xiàn)象叫作光的折射。

介質(zhì)1，

入射光線反射光線

、折射光線

光的反射和折射同時(shí)發(fā)生

圖1

當(dāng)AJW■蕪線3行決線

由外質(zhì)】射入介?府2,

入射角為零度，折時(shí)

范線蚤沒有改變相輅

方向,但光的傳珞速

度發(fā)生改變，也屬于

折射。

2.折射定律

內(nèi)容:折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的西側(cè);

入射角的正弦與折射角的正弦成正比。

3.折射率

⑴物理意義：折射率反映介質(zhì)的光學(xué)特性，折射率大,說(shuō)明光從真空射入到該介質(zhì)時(shí)偏折兔大,

反之偏折角小。如圖，組成白光的7種色光中，紫光的折射率最大，偏折角最大。

⑵定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫作這種介

質(zhì)的絕對(duì)折射率，簡(jiǎn)稱折射率。

⑶定義式:上列粵。

計(jì)算臬種公而的絕對(duì)折豺率時(shí)，公太中的

&、夕2分別是指其空中和介質(zhì)中的飽度，

0｝不一定是入豺自，也可能是折時(shí)甭。

⑷計(jì)算公式：爐5因故任何介質(zhì)的折射率總大于1。

二、全反射（選一笫四章第2節(jié)）

1.定義：光從光蜜介質(zhì)射入光琉介質(zhì)，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí),折射光線消失，只剩下反射

光線的現(xiàn)象。

.......）

八豺角逐新增大過程中，反斜羌能量逐漸

增張，折時(shí)關(guān)能量逐漸猴弱。

2.條件：

（1）光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。

（2）入射角大于或等于臨界角。

3.臨界角：折射角等于90°時(shí)的入射角。若光從企質(zhì)（折射率為力射向真空或空氣時(shí)，發(fā)生全

反射的臨界角為C,則sin64。介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越小。

4.應(yīng)用實(shí)例：光導(dǎo)纖維、全反射棱鏡

內(nèi)志的折射率大于小A的折JH■率

【質(zhì)疑辨析】

角度1光的折射、折射率

⑴光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向一定發(fā)生改變。（X）

⑵由小當(dāng)可知折射率與入射角的正弦成正比，與折射角的正弦成反比。（X）

sin%

⑶不同色光以相同入射角從空氣進(jìn)入某種介質(zhì)，折射率越大的色光，折射角越大。（X）

⑷玻璃的折射率通常是1.518,因此玻璃一定是光密介質(zhì)。（X）

角度2全反射

⑸只要入射角足夠大，就一定可以發(fā)生全反射。（X）

⑹光從光疏介質(zhì)斜射入光密介質(zhì)，折射角一定不大于臨界角a（v）

⑺無(wú)論是光的反射，還是光的折射，光路都是可逆的。（v）

精研考點(diǎn)-提升關(guān)鍵能力

考點(diǎn)一折射定律折射率（核心共研）

【核心要點(diǎn)】

1.折射率的三種計(jì)算方法

方法一：根據(jù)公式〃=盆計(jì)算總是真空

中的光線與法線間的夾角,連總是介質(zhì)中的光

線與法線間的夾角。_______________________

八［方法二：當(dāng)題目中出現(xiàn)“恰好”“剛好”發(fā)

傷右生全反射的情境,可根據(jù)公式片忐計(jì)算。

I率的j—,

W9方法三：根據(jù)公式〃=9=等計(jì)算。

V2介隴

2.折射率的三點(diǎn)說(shuō)明：

⑴折射率只由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定，與入射角出、折射角外無(wú)關(guān)。同一種介

質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。

⑵由無(wú)￡可計(jì)算光的折射率，〃是光從真空射入某種介質(zhì)的折射率。

V

⑶光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)頻率不變，波長(zhǎng)改變，光速改變，可以根據(jù)k/if和評(píng)判

V

斷。

【典例剖析】

角度1光的折射

［典例1］（2023?江蘇選擇考）地球表面附近空氣的折射率隨高度修低而增大，太陽(yáng)光斜射向地

面的過程中會(huì)發(fā)生彎曲。下列光路圖中能描述該現(xiàn)象的是（）

【題眼破譯】一一提升信息提取能力

信息一太陽(yáng)光斜射入地面的情境是光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)。

【解析】選A。由于地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，則〃下>〃上，則。下逐漸減

小.畫出光路圖如圖

則從高到低，下逐漸減小，則光線應(yīng)逐漸趨于豎直方向，故選A。

【備選例題】

用激光筆照射透明塑料制成的光盤邊緣時(shí)觀察到的現(xiàn)象如圖所示。入射點(diǎn)。和兩出射點(diǎn)

只0恰好位于光盤邊緣等間隔的三點(diǎn)處，空氣中的四條細(xì)光束分別為入射光束外反射光束蟲

出射光束。和d,已知光束a和人間的夾角為90°,則（）

A.光盤材料的折射率〃二2

B.光在光盤內(nèi)的速度為真空中光速的三分之二

C.光束。、。和d的強(qiáng)度之和等于光束a的強(qiáng)度

D.光束c的強(qiáng)度小于。點(diǎn)處折射光束。的強(qiáng)度

【解析】選D。如圖所示，由幾何關(guān)系可得入射角為六45。，

0

折射角為『30°,根據(jù)折射定律有〃二嘮一交板,A錯(cuò)誤；片錯(cuò)誤；因?yàn)樵凇Ｌ幑膺€有

sin30in2

2

反射光線，光束A。和d的強(qiáng)度之和小于光束d的強(qiáng)度,C錯(cuò)誤；光束c的強(qiáng)度與反射光束掰

強(qiáng)度之和等于折射光束8的強(qiáng)度,D正確。

角度2折射定律的應(yīng)用

［典例2］（2023?浙江1月選考）如圖所示為一斜邊鍍銀的等腰直角棱鏡的截面圖。一細(xì)黃光

束從直角邊力8以角度。入射，依次經(jīng)力。和a'兩次反射，從直角邊力。出射。出射光線相對(duì)于

入射光線偏轉(zhuǎn)了。角，則。（）

A等于90°

B.大于90°

C.小于90°

D.與棱鏡的折射率有關(guān)

【解析】選A。如圖所示

設(shè)光線在比邊的入射角為。，光線在力。邊的入射角為Y,折射角為了;由反射定律和幾何知識(shí)

可知￡+0=45°,￡+2。+y=90°,聯(lián)立解得片￡

根據(jù)折射定律可得包L當(dāng)二〃，可得i=。，過〃點(diǎn)作出射光線的平行線，則該平行線與力3的夾

sinysin/?

角為，，由幾何知識(shí)可知，入射光與出射光的夾角為90°,故選A。

【方法技巧】>解決光的折射問題的“三步騷一注意”

⑴三步驟

①根據(jù)題目情境畫出光路圖。

②畫出介質(zhì)分界面的法線，利用幾何關(guān)系（往往尋找一個(gè)三角形）確定光路中的入射角、折射角。

③根據(jù)折射定律/尸吟、折射率公式求解.若要求傳播時(shí)間，還需計(jì)算出傳播路程及速度c

sin^2v

⑵一注意

注意折射定律爐當(dāng)中%是空氣或真空中的角度，即是另一介質(zhì)中的角度。

s\nO2

【備選例題】

如圖甲所示，一個(gè)儲(chǔ)油桶的底面直徑為1.6m,高為1.2m,當(dāng)桶內(nèi)沒有油時(shí)，從離桶口高

0.6m的力點(diǎn)恰能看到桶底邊緣的某點(diǎn)反當(dāng)桶內(nèi)油的深度等于桶高的一半時(shí)，仍沿48方向看，

恰好看到桶底上的點(diǎn)。，氏。兩點(diǎn)相距0.35m。

乙

⑴求油的折射率;

答案：（1寸

?5

【解析】（1）如圖1所示

由題意可知tanN/Q"0.8m4

0.6m3

故N/l〃『53°

由幾何關(guān)系可得

0.45m_3

tanZCO2

0.6m4

故NC0作37°,

⑵若在桶內(nèi)繼續(xù)加油，仍沿"方向看，能否看到底部中心〃點(diǎn)？若能，請(qǐng)求出加入油后，油的深

度;若不能，請(qǐng)說(shuō)明理由。

答案：（2）不能看到〃點(diǎn)，理由見解析

【解析】（2）若在桶內(nèi)加滿油，如圖2所示

結(jié)合⑴分析可知/m53。，/嗡球谷

可知/￡階37°,tanN以件空■

即吩0.9m>0.8m,故不能看到〃點(diǎn)。

考點(diǎn)二全反射（核心共研）

【核心要點(diǎn)】

全反射的理解

1.全反射現(xiàn)象可以從能量的角度去理解：當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，在入射角逐漸增大

的過程中，反射光的能量逐漸增強(qiáng)，折射光的能量逐漸減弱；當(dāng)入射角等于臨界角時(shí)，折射光的

能量已經(jīng)減弱為零，這時(shí)就發(fā)生了全反射。

2.如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無(wú)論入射角多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。

3.光的全反射現(xiàn)象遵循光的反射定律，光路是可逆的。

4.不同顏色的光的頻率不同，在同一種介質(zhì)中的折射率、光速也不同，發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界

角也不同。

【典例剖析】

角度1全反射的理解及計(jì)算

[典例3]（2023?湖北選擇考）如圖所示，楔形玻璃的橫截面POQ的頂角為30°,“邊上的點(diǎn)光

源S到頂點(diǎn)〃的距離為d,垂直于少邊的光線SV在制邊的折射角為45°。不考慮多次反射，OQ

邊上有光射出部分的長(zhǎng)度為（）

A?豺B?*C.dD.d

【思維流程】A

垂直于8邊的光線SV在。。邊的折射角為45°

□

計(jì)算光在玻璃中的折射率〃

□

計(jì)算光從玻璃射入空氣發(fā)生全反射的臨界角

U

尋找臨界光線，確定有光出射部分的長(zhǎng)度

【解析】選C。設(shè)光線在制界面的入射角為。，折射角為￡，由幾何關(guān)系可知。=30°,則由折

射定律可知爐列更二a,光線射出。。界面的臨界條件為發(fā)生全反射，光路圖如圖，其中OBLCSQ

光線在力、8兩點(diǎn)發(fā)生全反射，由全反射定律可知sin小「自

n2

即46兩處發(fā)生全反射的臨界角為45。"6之間有光線射出，由幾何關(guān)系可知

AB=2AC=2CS=OS=d,故選C。

角度2全反射的應(yīng)用

［典例4］（多選）如圖是一根長(zhǎng)為/的光導(dǎo)纖維，由內(nèi)芯和包層兩層介質(zhì)組成，其折射率分別為

“「和"2’若發(fā)生全反射的臨界角為0①,光在真空中的速度為Co一束光從它的一個(gè)端面射入，

又從另一端面射出，下列說(shuō)法中正確的是（）

包層

內(nèi)芯

A.77I</72

B.內(nèi)芯的折射率〃尸上

sin0

C.77]>??2

D.光在其中傳播的最殳時(shí)間②為巴

【題眼破譯】一一提升信息提取能力

信息①f光從內(nèi)芯折射進(jìn)入包層的臨界角為。，不等于光從內(nèi)芯進(jìn)入真空發(fā)生全反射的臨界

角。

信息②f光在內(nèi)芯中傳播的速度一定，時(shí)間最長(zhǎng)時(shí)對(duì)應(yīng)路程最大。

【解析】選C.Do發(fā)生全反射的條件:從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)，入射角大于或等于臨界角；欲

使光在折射率為h和〃2的界面上發(fā)生全反射，需有〃）出故A錯(cuò)誤,C正確；若光從內(nèi)芯射入真

空，發(fā)生全反射臨界角為，，則有〃尸芻，而包層折射率融不等于真空折射率，所以B錯(cuò)誤；光在

sin。

內(nèi)芯中傳播的最長(zhǎng)路程為產(chǎn)’2,傳播速度為片工,故最長(zhǎng)時(shí)間為正確。

sin。vcsin0

考點(diǎn)三光的折射和全反射的綜合應(yīng)用（核心共研）

【核心要點(diǎn)】

平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體（球）對(duì)光路的控制特點(diǎn)

項(xiàng)目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體（球）

玻璃磚上下表面是平行

結(jié)構(gòu)橫截面為三角形的棱鏡橫截面是圓

的

對(duì)光

線的

圓截面的法線是過圓心的

通過三棱鏡的光淺經(jīng)兩次

作通過平行玻璃磚的光線

直線，光線經(jīng)過兩次折射

折射后，出射光線向棱鏡

用不改變傳播方向，但要發(fā)

后向圓心偏折

底面偏折

生側(cè)移

應(yīng)用測(cè)定玻璃的折射率改變光的傳播方向

全反射棱鏡，改變光的傳

播方向

【典例剖析】

［典例5］隨著望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的發(fā)展，屋脊棱鏡結(jié)構(gòu)的望遠(yuǎn)鏡應(yīng)運(yùn)而生，“直角屋脊棱鏡”或“阿

米西棱鏡”，可回轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)圖像以及以90。偏轉(zhuǎn)光線，以保持正確的視覺方向。如圖所示為屋

脊棱鏡的橫截面圖，一單色光從面的P點(diǎn)射入后，在，仍面恰好發(fā)生全反射，然后從切面的

N點(diǎn)射出，且出射光線與在〃點(diǎn)的入射光線垂直。

⑴畫出棱鏡中完整的光路圖;

答案：（1）見解析圖

【解析】（1）光路圖如圖所示。

⑵求折射率〃以及入射角7o

答案：（2）爐V5,i=45°

【解析】（2）因?yàn)樵?點(diǎn)的入射光線與在N點(diǎn)的出射光線相互垂直且N氏90°,所以根據(jù)幾何

關(guān)系可得i=r,則/+〃二］

在四邊形DPMN中有］+；+￡+（；-￡）+2尸2Ji

解得廠;

4

因?yàn)楣饩€在/仍面恰好發(fā)生冬反射,則sin廣、解得

在四邊形用儂中，/孫廬135°,/陽(yáng)儀60。，乙留用135°

則8二上,sini=/7?sin^=—,解得7=45°

62

【備選例題】

（2022?河北選擇考）如圖，一個(gè)半徑為"的玻璃球,。點(diǎn)為球心。球面內(nèi)側(cè)單色點(diǎn)光源S

發(fā)出的一束光在力點(diǎn)射出，出射光線46與球直徑SC平行，0=30°o光在真空中的傳播速度

為。。求:

AB

O

⑴玻璃的折射率；

答案：（1）73

【解析】（1）根據(jù)題意將光路圖補(bǔ)充完整，如圖所示

根據(jù)幾何關(guān)系可知上二。二30°./k60°

根據(jù)折射定律有/7sin/,二sinE,解得/尸V5

⑵從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點(diǎn)的最短時(shí)間。

【解析】（2）設(shè)全反射的臨界角為G則sineLf

n3

光在玻璃球內(nèi)的傳播速度有尸?

根據(jù)幾何關(guān)系可知當(dāng)0=45°,即光路為圓的內(nèi)接正方形時(shí)，從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回

到S點(diǎn)的時(shí)間最短，則正方形的邊長(zhǎng)外企彳

則最短時(shí)間為仁把二空依

VC

［典例6］（多選）如圖甲所示，一透明材料制成的空心球體，內(nèi)