2026届高考物理人教版一轮复习 光的折射和全反射 课件(共50张PPT)

(共50张PPT)
光的折射和全反射
2026届高考物理人教版一轮复习
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：，式中是比例常数.
3.折射率
(1)定义：光从______射入某种介质发生折射时，________的正弦与_____
___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 表示.
(2)定义式： .
(3)物理意义：折射率反映介质对光线的偏折本领，由介质本身的光学性
质和光的频率决定.
(4)某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度 与光在这种介质中的
传播速度之比，即 .
真空
入射角
折射角
4.光疏介质与光密介质
对于折射率不同的两种介质，把折射率______的介质称为光疏介质，折射
率______的介质称为光密介质.光疏介质和光密介质是相对的.
较小
较大
二、全反射
1.现象：光从光密介质射向光疏介质，当入射角增大到某一角度，使折射
角达到 时，________完全消失，只剩下反射光.
折射光
2.条件：
(1) 光从光密介质射入__________；
(2) 入射角____________临界角.
光疏介质
等于或大于
3.临界角：折射角等于 时的入射角，用表示， _ _.
4.应用：(1)光导纤维；(2)全反射棱镜等.
【辨别明理】
1.折射率跟折射角的正弦成正比.( )
×
2.只要入射角足够大，就能发生全反射.( )
×
3.折射定律是托勒密发现的.( )
×
4.光从空气射入水中，它的传播速度减小.( )
√
5.密度大的介质一定是光密介质.( )
×
考点一 折射率及折射定律的应用
1.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.
2.解决光的折射问题时，一般要先作出光路的示意图，以便利用光路图提
供的几何关系来解题.
3.处理折射引起的视深、视高问题时，应注意在入射角很小时的近似关系:
的单位为角度的国际单位——弧度 .
例1 [2024·重庆卷] 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 ，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
A.若，则 B.若，则
C.若，则 D.若，则
，就能得到液体的折射率 .忽略气壁厚度，由该方案可知( )
√
[解析] 根据几何关系画出光路图，如图所示，标注
入射角，折射角 ，根据折射定律可得
，若，则 ，故A错
误；若，则，故B正确；若 ，则
，故C错误；若，则 ，故D错误.
例2 [2024·湖南长沙模拟] “香炉初上日，瀑水喷成
虹”，古人对彩虹的形成早就有过思考.当太阳光照
射到空气中的水滴时，光线被折射及反射后，便形
(1) 求水滴对单色光的折射率 ；
[答案]
成了彩虹.如图所示，一束单色光以入射角 从 点射入空气中的球
形水滴，经过点反射后再从 点折射出水滴，已知出射光线相对入射光
线，光线方向发生 角的偏转，， .
(结果可用分式表示)
[解析] 如图所示，根据几何关系可知
，
解得
根据折射定律有
解得
例2 [2024·湖南长沙模拟] “香炉初上日，瀑水喷成
虹”，古人对彩虹的形成早就有过思考.当太阳光照射
到空气中的水滴时，光线被折射及反射后，便形成了
(2) 若水滴的半径为，光在真空中的速度为，求该光线从点射入到 点
射出水滴所需时间 .
[答案]
彩虹.如图所示，一束单色光以入射角 从
点射入空气中的球形水滴，经过点反射后再从 点折射出水滴，已知出
射光线相对入射光线，光线方向发生 角的偏转，，
. (结果可用分式表示)
[解析] 由题意得
根据光在水滴中传播速度与折射率的关系有
解得
[技法点拨]
常见的折射情景
平行玻璃砖 圆柱体(球) 三棱镜
结构 玻璃砖上、下表面是 平行的 横截面是圆 横截面为三角形
光路图 __________________________________________________ ________________________________________________ _________________________________________
平行玻璃砖 圆柱体(球) 三棱镜
对光线 的作用 通过平行玻璃砖的光 线不改变传播方向, 但要发生侧移 圆界面的法线是过圆 心的直线,经过两次 折射后向圆心偏折 通过三棱镜的光线经
两次折射后,出射光
线向棱镜底边偏折
续表
考点二 光的全反射
解决全反射问题的思路
(1)确定光是从光密介质进入光疏介质.
(2)应用确定临界角.
(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射.
(4)若发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图.
(5)运用几何关系、三角函数关系以及反射定律等进行分析、运算，解决问题.
例3 [2024·海南卷] 一正三角形 玻璃砖，某束光
线垂直于射入，恰好在 界面发生全反射，则玻
璃砖对该光线的折射率为( )
A. B. C. D.2
[解析] 如图所示，根据几何关系可知光线在 界面
的入射角为 ，根据全反射的临界条件可得
，解得 ，故选C.
√
A.光在光纤中传播速度比 光大
B.光在光纤中传播时间比 光长
C.光在光纤中的全反射临界角比 光大
D.同一种光从左端射入的入射角越小，在光纤中的传播时间越长
例4 [2024·四川成都模拟] 华裔科学家高锟提出：光通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输大量信息，高锟因此获得诺贝尔物理学奖，光导纤维就是根据这一理论制造的，图甲是光纤导光后的效果，现让由、 两种单色光组成的复合光，从一根长直的光纤端面以 入射角射入，第一次折射后光路如图乙所示，两束单色光均在侧面发生全反射，下列说法正确的是( )
√
[解析] 由图可知，光的偏折程度较大，可知 光的折射率较大，根据可知， 光在光纤中传播速度比 光小，故A错误； 光线在光纤中传播的路程，， ,传播时间， 光折射角较小，折射率
较大，在光纤中的全反射临界角
比 光小，在光纤中传播时间比 光长，故B正确，C错误；
由上述分析可知，同一种光折射率 相同，从左端射入的入射角越小，折射角 越小，则在光纤中的传播时间越短，故D错误.
例5 [2024·全国甲卷] 一玻璃柱的折射率 ，其横截面
为四分之一圆，圆的半径为 ，如图所示.截面所在平面内，
一束与边平行的光线从圆弧入射.入射光线与 边的距离
由小变大，距离为时，光线进入柱体后射到 边恰好发生
全反射.求此时与 的比值.
[答案]
[解析] 画出光路图如图所示
由折射定律得
设临界角为 ，由临界角公式得
则
由于，故有
解得
则
故
考点三 光的折射和全反射的综合应用
例6 [2024·广东卷] 如图所示，红绿两束单色光同时从空气中沿同一路径
以 角从面射入某长方体透明均匀介质,折射光束在 面发生全反射，
反射光射向面.若 逐渐增大，两束光在 面上的全反射现象会先后消
失.已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率.下列说法正确的是
( )
A.在面上，红光比绿光更靠近 点
B. 逐渐增大时，红光的全反射现象先消失
C. 逐渐增大时，入射光可能在 面发生全反射
D. 逐渐减小时，两束光在 面折射的折射角逐渐增大
√
[解析] 在 面上，光由光疏介质射入光密介质，无论入射角怎样增大，
均不会发生全反射现象，C错误；设红光和绿光在 面上的折射角分别为
和，由光的折射定律有 ，， 逐渐减小时,
和均逐渐减小,D错误; 因 ，可知红光在介质中的折射角更大，
即，设红光和绿光在 面上发生全反射的入射角分别为和 ，
由几何关系可知 , ,
由于,故 ，
由全反射的临界角公式 可知，红光的全反射临
界角更大,即， 逐渐增大时，先达到 ,
后达到，即红光在 面上的全反射现象先消失，
B正确；设两束光射到面上的点为 ，红光和绿光射
到面上的点分别为、，射到 面上的点分别为
、，由几何关系得 ，
，由于,故 ，
即在面上，绿光比红光更靠近 点，A错误.
例7 [2024·山东卷] 某光学组件横截面如图所示，
半圆形玻璃砖圆心为点，半径为 ；直角三棱镜
边的延长线过点，边平行于 边且长度等
于， .横截面所在平面内，单色光
线以 角入射到 边发生折射，折射光线垂直
边射出.已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5.
(1) 求 ;
[答案] 0.75
[解析] 设光在三棱镜中的折射角为 ，根据折射
定律有
根据几何关系可得
解得
例7 [2024·山东卷] 某光学组件横截面如图所示，半圆
形玻璃砖圆心为点，半径为；直角三棱镜 边的延
长线过点，边平行于边且长度等于 ，
.横截面所在平面内，单色光线以 角入射
到边发生折射，折射光线垂直 边射出.已知玻璃砖
和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5.
(2) 以 角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧 可以发生全反射，
求光线在上入射点(图中未标出)到 点距离的范围.
[答案]
[解析] 作出单色光线第一次到达半圆弧 恰好
发生全反射的光路图如图所示，由几何关系可知，
在上从点到点之间以 角入射的单色光线
第一次到达半圆弧 都可以发生全反射，根据
全反射的临界角公式有
设点到的距离为 ，根据几何关系有
又
联立解得
故光线在上的入射点到 点的距离范围为
折射率及折射定律的应用
1.(多选)美丽的彩虹是由于太阳光照射在众多微小的“水球”上而发生的反
射和折射现象.如图所示是某一均匀介质球的截面图，、 是该介质球
的两条直径， ，一束激光以平行于的方向从 点射入介质
球，经过一次折射打到点.设光在空气中的传播速度为 ，则( )
A.该介质球的折射率为
B.光在该球中的传播速度为
C.光线在点离开介质球的方向与直线的夹角为
D.光线经介质球反射和折射后，可能沿平行于 的方
向射出
√
√
√
[解析] 由几何关系可得，光线从 点射入介质球对应
的入射角为 ，折射角为 ,该介质球的折射率为
，故A正确；由 可得光在该球中
的传播速度为 ，故B错误；由对称性和光路可逆性
可知,光线在点离开介质球的方向与直线的夹角为 ,故C正确；由对
称性和光路可逆性可知，光线在点经介质球反射后，射到圆周上与 点
关于对称的点，然后发生折射沿平行于 的方向射出，故D正确.
2.(多选)如图所示，一束复色光沿 方向射向一上、下表面平行的无限大
的厚玻璃平面镜的上表面，一共得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，则( )
A.该复色光由三种颜色的光混合而成
B.光束Ⅱ在玻璃平面镜中的传播速度比光束Ⅲ小
C.光束Ⅱ、Ⅲ在玻璃平面镜内部传播的时间不可能相同
D.改变 角且 ，光束Ⅱ、Ⅲ一定始终与光束Ⅰ平行
√
√
[解析] 根据题意将光路图补充完整，如图所示，
其中 为光束Ⅱ的折射角， 为光束Ⅲ的折射角，
光束Ⅰ为反射光线，仍是复色光，光束Ⅱ、Ⅲ由于折
射率不同导致偏折分离，为单色光，即该复色光由
两种颜色的光混合而成，故A错误；根据折射率的定义，光束Ⅱ、Ⅲ的折
射率表示为 ，，因为 ，所以
， ，即光束Ⅱ在玻璃平面镜中的传播速度比光束Ⅲ小，
故B 正确；
设玻璃平面镜的厚度为 ，光束Ⅱ、Ⅲ在玻璃平面镜中传
播的时间表示为 ，
，当满足 时，
有，对应 或 ，又因为 ，且均为锐角，
则有 ，因此光束Ⅱ、Ⅲ在玻璃平面镜内部传播的时间有可能相同，
故C错误；玻璃平面镜上、下表面平行，根据光的反射定律及光路的可逆
性可知，改变 角且 ，光束Ⅱ、Ⅲ一定始终与光束Ⅰ平行，故D正确.
3.[2023·全国乙卷] 如图所示，一折射率为 的棱镜的横截面为等腰直角
三角形,, 边所在底面上镀有一层反射膜.一细光束沿垂
直于方向经边上的点射入棱镜.若这束光被 边反射后恰好射向顶
点，求点到 点的距离.
[答案]
[解析] 设光束在点的入射角为，折射角为;在 上的点反射，入射角
为 ；棱镜折射率为 ，光路图如图所示. 由题给条件, ,所以
入射角 .由折射定律得
解得
由几何关系知
是等腰三角形，所以 由几何关系得
联立得点到点的距离
光的全反射
4.(多选)水下一点光源发出、 两单色光，人在水面上方向下看，水面中
心Ⅰ区域有光、光射出，区域Ⅱ只有 光射出，如图所示.下列判断正确的
是( )
A.、光从Ⅰ区域某点倾斜射出时， 光的折射角小
B.在真空中，光的波长大于 光的波长
C.水对光的折射率大于对 光的折射率
D.水下 光不能射到图中Ⅱ区域
√
√
[解析] 根据题述可知， 光发生全反射的临界角较小，由
可知，水对光的折射率较大，对 光的折射率较
小，、光从Ⅰ区域某点倾斜射出时， 光的折射角小，A正
确，C错误；由折射率随光的频率的增大而增大可知， 光
的频率较小，波长较长，B正确；水下 光能射到题图中Ⅱ区域，由于水下
光在题图中Ⅱ区域发生了全反射，故Ⅱ区域只有 光射出，D错误.
5.[2020·浙江7月选考] 如图所示，圆心为 、半径
为的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从 点垂
直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；
当入射角 时，光线从玻璃砖圆形表面出射
A.玻璃砖的折射率为1.5 B.、之间的距离为
C.光在玻璃砖内的传播速度为 D.光从玻璃到空气的临界角为
后恰好与入射光平行.已知真空中的光速为 ，则 ( )
√
[解析] 设点到点的距离为，光线从 点垂直入
射，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射，可见
,当入射角 时，光线从玻璃砖
圆形表面出射后恰好与入射光平行，说明光线从圆
形表面中点射出，设光线从点射入发生折射后的折射角为 ，由几何知
识可知， ，由折射定律有，联立解得，
，选项A、B错误；临界角 ，选项D错误；
由可知 ，选项C正确.
光的折射和全反射的综合应用
6.如图所示，由某种透明介质制成的长直细圆柱体置于真空中.某种单色光
在介质中传输，经过多次全反射后从右端射出.若以全反射临界角传输的
光线刚好从右端以张角 出射，则此介质的折射率为( )
A. B. C. D.
√
[解析] 设介质中发生全反射的临界角为 ，如图所示，由全反射临界角与
折射率的关系可知 ，经多次全反射后从右端射出时，由折射定律
得，联立解得 ，故选D.
7.[2022·全国甲卷] 如图所示，边长为的正方形 为
一棱镜的横截面，为 边的中点.在截面所在平面内，
一光线自点射入棱镜，入射角为 ，经折射后在
边的点恰好发生全反射，反射光线从边的 点射出
棱镜.求棱镜的折射率以及、 两点之间的距离.
[答案]
[解析] 光线在点发生折射，设折射角为 ，有
由题知，光线经折射后在边的 点恰好发生全反射，设临界角为 ，
则
联立解得, ，，
根据几何关系有
解得 则
再由 得
8.[2021·河北卷] 将两块半径均为 、完全相同的透明半圆
柱体、 正对放置，圆心上下错开一定距离，如图所示.
用一束单色光沿半径照射半圆柱体 ，设圆心处入射角为
.当 时，右侧恰好无光线射出；当 时，
有光线沿的半径射出，射出位置与的圆心相比下移 .不
考虑多次反射，求：
(1) 半圆柱体对该单色光的折射率；
[答案]
[解析] 当 时，右侧恰好无光线射出，可知光在 右侧面上发生
了全反射，即临界角 ，则折射率
8.[2021·河北卷] 将两块半径均为 、完全相同的透明半圆
柱体、 正对放置，圆心上下错开一定距离，如图所示.
用一束单色光沿半径照射半圆柱体 ，设圆心处入射角为
.当 时，右侧恰好无光线射出；当 时，
有光线沿的半径射出，射出位置与的圆心相比下移 .不
考虑多次反射，求：
(2) 两个半圆柱体之间的距离 .
[答案]
[解析] 当 时，由折射定律得
解得
由，可得,
光路图如图所示
由几何关系得
解得