2023屆高三物理一輪復(fù)習(xí)93光的折射　全反射（原卷版）

專題93光的折射全反射

考點一光的折射定律折射率（1-5T）

考點二全反射光導(dǎo)纖維（6-23T）

考點三光的色散光路控制（24-26T）

考點一光的折射定律折射率

1.折射定律

D內(nèi)容：如圖所示，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

線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比。

sin。1

2）表達(dá)式:—*Λ-

sin%

2.折射率

Sin-1

1）定義式:nsin^2°

2）關(guān)系式:n=￡v,因為Kc,所以任何介質(zhì)的折射率都大于1。

3）折射率的大小不僅反映了介質(zhì)對光的折射本領(lǐng)，也反映了光在該介質(zhì)中傳播速度的大小片二折

n

射率的大小由介質(zhì)本身和光的頻率共同決定，與入射角、折射角的大小無關(guān)，與介質(zhì)的密度沒有必然聯(lián)系.

3.應(yīng)用光的折射定律解題的一般思路

1）根據(jù)題意畫出正確的光路圖.

2）利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角分別是入射光線、折射光線與

法線的夾角.

3）利用折射定律n=^-γ,結(jié)合數(shù)學(xué)三角函數(shù)的關(guān)系進(jìn)行運算，分析邊角關(guān)系時注意正弦定理的

應(yīng)用.

4.求解光在介質(zhì)中傳播時間的一般思路

D光的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行確定。

2）光在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)折射率有關(guān)，即乏。

3）利用t=/求解光的傳播時間。

1.（2022?山東?威海市教育教學(xué)研究中心二模）某同學(xué)看到魚池中池邊的魚離水面的距離約為1m,已知

水的折射率為1.33,則魚的實際深度約為（)

A.0.50mB.0.75mC.1.33mD.1.78m

2.（2022?湖北?襄陽四中模擬預(yù)測）高速公路上的標(biāo)志牌都使用“回歸反光膜”，這種膜是用球體反射

元件制成的。如圖所示，反光膜內(nèi)均勻分布著球形的細(xì)玻璃珠，所用玻璃的折射率為L6,入射的車燈光線

經(jīng)玻璃珠依次折射、反射、折射后，出射光線恰好和入射光線平行，則光進(jìn)入玻璃珠后的折射角的正弦值

0.60C.0.80D.0.90

3.（2022?江蘇?高考真題）如圖所示，兩條距離為〃的平行光線，以入射角。從空氣射入平靜水面，反

射光線與折射光線垂直，求:

（1）水的折射率僅

4.（2022?江蘇?揚州市江都區(qū)育才中學(xué)一模）如圖所示，透明玻璃體的上半部分是半球體，下半部分是

圓柱體，半球體的半徑為億。為半球體的球心。圓柱體的底面半徑和高也為此現(xiàn)有一半徑為號彳的圓環(huán)形

平行光垂直于圓柱體底面射向半球體，Oa為圓光環(huán)的中心軸線，所有光線經(jīng)折射后恰好經(jīng)過圓柱體下表面

圓心0,點，光線從。,射出后在玻璃體下方的水平光屏上形成圓形亮環(huán)，光到圓柱體底面的距離為凡光在

真空中的傳播速度為C。求：

(1)透明玻璃體的折射率；

(2)光從入射點傳播到光屏所用的時間。

5.(2022?湖北?高考真題)如圖所示，水族館訓(xùn)練員在訓(xùn)練海豚時，將一發(fā)光小球高舉在水面上方的A

位置，海豚的眼睛在6位置，/1位置和6位置的水平距離為M力位置離水面的高度為|&訓(xùn)練員將小球向

左水平拋出，入水點在6位置的正上方，入水前瞬間速度方向與水面夾角為。。小球在/位置發(fā)出的一束

光線經(jīng)水面折射后到達(dá)6位置，折射光線與水平方向的夾角也為

已知水的折射率n=%求：

(1)tan9的值;

(2)6位置到水面的距離兒

考點二全反射光導(dǎo)纖維

1.全反射：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角增大到某一角度時，折射光線將全部消失，只剩下

反射光線的現(xiàn)象。

2.全反射條件

1)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；

2）入射角大于或等于臨界角。

3.臨界角

D定義：折射角等于90°時對應(yīng)的入射角。臨界角的符號為α

2）公式：sinC≡p介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越小。

4.光導(dǎo)纖維

光導(dǎo)纖維的原理是光的全反射。光在光導(dǎo)纖維內(nèi)的傳輸示意圖如圖所示。

5.解答全反射問題的關(guān)鍵是利用好臨界光線，準(zhǔn)確判斷恰好發(fā)生全反射的光路圖，且在作光路圖時盡

量與實際相符。

6.分析折射和全反射綜合問題的基本思路

D判斷光線是從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。

2）判斷入射角是否大于等于臨界角，明確是否發(fā)生全反射現(xiàn)象。

3）畫出反射、折射或全反射的光路圖，必要時還可應(yīng)用光路的可逆原理畫出光路圖，然后結(jié)合幾何知

識進(jìn)行推斷和求解相關(guān)問題。

4）折射率〃是討論折射和全反射問題的重要物理量，是聯(lián)系各物理量的橋梁，應(yīng)熟練掌握跟折射率有

關(guān)的所有關(guān)系式。

6.（2023?浙江嘉興?一模）某同學(xué)將半圓形透明磚平放在方格紙上，用激光筆將激光束垂直于/1C面射

入，可以看到光束從圓弧面/以出射，緩慢平移激光束，在如圖所示位置時，出射光束恰好消失，則該透

明磚材料的折射率為（）

B

激光筆

A.1.3B.1.4C.1.6D.1.9

7.（2022?遼寧?模擬預(yù)測）某透明均勻介質(zhì)的截面圖如圖所示，直角三角形的直角邊BC與半圓形直徑重

合,半圓形的圓心為點。,一束綠色光線從AC面上的E點射入該介質(zhì)，入射光線的延長線過。點,且OE=OC,

折射光線在半圓形界面處剛好發(fā)生全反射。若不考慮二次反射情況，則（

A.若只將光線換成藍(lán)光，光線在半圓形界面處的入射點將下移

B.若只將光線換成紅光，光線在半圓形界面處的入射點將下移

C增大光線與4C面的夾角，綠光將從半圓形界面處射出

D.增大光線與AC面的夾角，綠光在介質(zhì)中的傳播時間將變大

8.（2022?遼寧?高考真題）完全失重時，液滴呈球形，氣泡在液體中將不會上浮。2021年12月，在中

國空間站“天宮課堂”的水球光學(xué)實驗中，航天員向水球中注入空氣形成了一個內(nèi)含氣泡的水球。如圖所

示，若氣泡與水球同心，在過球心。的平面內(nèi)，用單色平行光照射這一水球。下列說法正確的是（）

A.此單色光從空氣進(jìn)入水球，頻率一定變大

B.此單色光從空氣進(jìn)入水球，頻率一定變小

C.若光線1在"處發(fā)生全反射，光線2在N處一定發(fā)生全反射

D.若光線2在A■處發(fā)生全反射，光線1在"處一定發(fā)生全反射

9.（2022?山東?高考真題）柱狀光學(xué)器件橫截面如圖所示，OP右側(cè)是以。為圓心、半徑為A的;圓，左

則是直角梯形，AP長為吊4C與Co夾角45°,AC中點為員a、6兩種頻率的細(xì)激光束，垂直AB面入射，

器件介質(zhì)對a,6光的折射率分別為1.42、1.40。保持光的入射方向不變，入射點從4向8移動過程中，能

在PM面全反射后，從OM面射出的光是（不考慮三次反射以后的光）（）

A.僅有a光B.僅有8光C.a、8光都可以D,a、6光都不可以

10.（2022?江蘇省昆山中學(xué)模擬預(yù)測）如圖，光導(dǎo)纖維由內(nèi)芯和外套兩部分組成，內(nèi)芯折射率比外套的

大，光在光導(dǎo)纖維中傳播時，光在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射。假設(shè)外套為空氣，一束紅光由光導(dǎo)纖

維的一端射入內(nèi)芯，紅光在內(nèi)芯與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射，經(jīng)時間力從另一端射出；另讓一束綠光

也從光導(dǎo)纖維的一端射入，綠光在內(nèi)芯與空氣的界面上也恰好發(fā)生全反射，經(jīng)時間久從另一端射出。則內(nèi)

芯對紅光的折射率為與對綠光的折射率心之比為（）

IN.....................?i

外套內(nèi)套

A.乂B.生

以G

C.戶D.戶

7y∣tι

11.（2022?山東?萊州市第一中學(xué)模擬預(yù)測）光導(dǎo)纖維可簡化為長玻璃絲，只有幾微米到一百微米，由

于很細(xì)，一定程度上可以彎折。如圖所示將一半徑為r的圓柱形光導(dǎo)纖維，做成外半徑為#的半圓形，一

細(xì)光束由空氣中從纖維的左端面圓心“點射入，入射角α=53°,已知光導(dǎo)纖維對該光的折射率為支

sin530=0.8,sin37o=0.6?要使從左端面射入的光能夠不損失的傳送到半圓形光導(dǎo)纖維的另一端，外半徑

戶需滿足的條件為（）

A.44rB.A216r

C.∕i≤16rD.Λ≤4r

12.（2022?廣東?高考真題）一個水平放置的圓柱形罐體內(nèi)裝了一半的透明液體，液體上方是空氣，其

截面如圖所示。一激光器從罐體底部P點沿著罐體的內(nèi)壁向上移動，它所發(fā)出的光束始終指向圓心0點。

當(dāng)光束與豎直方向成45°角時，恰好觀察不到從液體表面射向空氣的折射光束。已知光在空氣中的傳播速

度為c,求液體的折射率〃和激光在液體中的傳播速度％

13.（2022?四川省資中縣球溪高級中學(xué)模擬預(yù)測）如圖所示，在真空中有一折射率n=8的直角棱鏡46G

//=60°,/C的長度為4真空中的光速為以平行于比■的單色光從16介面射入棱鏡，求：

（i）光經(jīng)48界面折射后折射光線與48界面的夾角；

（ii）光通過棱鏡的最長時間。（不討論光在棱鏡中多次反射的情況）

14.（2022?山東?模擬預(yù)測）2021年12月9日，王亞平在太空實驗授課中，進(jìn)行了水球光學(xué)實驗。在空

間站中的微重力環(huán)境下有一個水球，如果在水球中心注入空氣，形成球形氣泡，內(nèi)外兩球面球心均在。點，

如圖所示。一束單色光從外球面上的｛點以與4。連線成/角度射入球中，已知水的折射率為右內(nèi)球面半徑

為3R,外球面半徑為5R,光速為Co求：

（1）光在水中的傳播速度看

（2）能使光在內(nèi)球表面上發(fā)生全反射的入射角，的正弦值的取值范圍。

15.（2022?貴州貴陽?模擬預(yù)測）一個玻璃圓柱體的橫截面如圖所示，其半徑為R,圓心為0。柱面內(nèi)側(cè)4處

的單色點光源發(fā)出的一束光48與直徑的夾角為0,從B點射出，出射光線BC與AD平行。已知該玻璃的折

射率n=√3,光在真空中的傳播速度為c。

（1）求夾角。的值；

（2）當(dāng)9=60°,求從4發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到4點的時間。

A

16.（2022?重慶?高考真題）如圖所示，水面上有一透明均質(zhì)球，上半球露出水面，下半球內(nèi)豎直中心

軸上有紅、藍(lán)兩種單色燈（可視為點光源），均質(zhì)球?qū)煞N色光的折射率分別為n紅和n藍(lán)。為使從光源照射

到上半球面的光，都能發(fā)生折射（不考慮光線在球內(nèi)反射后的折射），若紅燈到水面的最大距離為力紅,

（1）求藍(lán)燈到水面的最大距離；

（2）兩燈都裝在各自到水面的最大距離處，藍(lán)燈在紅燈的上方還是下方？為什么？

17.（2022?全國?高考真題）如圖，邊長為a的正方形4%辦為一棱鏡的橫截面，M為邊的中點。在截

面所在的平面，一光線自〃點射入棱鏡，入射角為60°,經(jīng)折射后在此邊的/V點恰好發(fā)生全反射，反射光

線從切邊的夕點射出棱鏡，求棱鏡的折射率以及AC兩點之間的距離。

18.（2022?全國?高考真題）一細(xì)束單色光在三棱鏡ABC的側(cè)面4C上以大角度由〃點入射（入射面在棱

鏡的橫截面內(nèi)），入射角為i,經(jīng)折射后射至48邊的E點,如圖所示，逐漸減小，工點向6點移動，當(dāng)Sini=；

6

時，恰好沒有光線從AB邊射出棱鏡，且DE=O4求棱鏡的折射率。

19.（2022?河北?高考真題）如圖，一個半徑為A的玻璃球，。點為球心。球面內(nèi)側(cè)單色點光源S發(fā)出的

一束光在/點射出，出射光線/6與球直徑SC平行，6=30°。光在真空中的傳播速度為以求：

（i）玻璃的折射率；

（ii）從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點的最短時間。

20.（2022?江蘇江蘇?二模）以光纖通訊為基礎(chǔ)，我國千兆寬帶已經(jīng)進(jìn)入很多家庭，在進(jìn)入小區(qū)的光纖

控制箱中，光纖繞成圖示形狀，已知光纖的折射率形n=或，其直徑為北

（1）求該光纖的臨界角；

（2）若平行軸線射入的一東光通過圓弧部分不發(fā)生漏光，求內(nèi)圓弧半徑的最小值。

21.（2022?新疆?博樂市高級中學(xué)（華中師大一附中博樂分校）模擬預(yù)測）如圖，豎直放置在水平地面

上的長方形玻璃磚折射率n=√3,一束單色光以入射角i=60°射到玻璃磚右表面的中點A,經(jīng)左、右兩表

面?zhèn)鞑ズ笤诘孛嫔铣霈F(xiàn)三個光點（圖中未畫出）。已知玻璃磚的高度H=8cm,厚度d=3cm,不考慮多次

反射，以右表面O點為一維坐標(biāo)原點，求地面上三個光點的坐標(biāo)位置。

22.（2022?山東?模擬預(yù)測）電視機遙控器中有一個用透明介質(zhì)封裝的發(fā)光二極管；如圖（a）所示，它

發(fā)出紅外光來控制電視機的各種功能。一興趣小組找來一個用此種材料制成的半圓柱體，利用插針法測定

該透明介質(zhì)的折射率。實驗中用46兩個大頭針確定入射光路，a。兩個大頭針確定出射光路。夕和。分

別是入射點和出射點，且/SL歷V；如圖（b）所示。測得半圓柱體的半徑廬5cm,小ICm,給4cm,〃到法

s

線的距離叱2cm。已知光速c=3.0×10m∕so

（1）求該透明介質(zhì)的折射率和光在該介質(zhì)中傳播的速度;

（2）實際測得封裝二極管的半球直徑廬5mm,發(fā)光二極管的發(fā)光面是以用為直徑的發(fā)光圓盤，其圓心位于

半球的球心點。，如圖（C）所示。為確保發(fā)光面發(fā)出的紅外光第一次到達(dá)半球面時都不發(fā)生全反射，發(fā)光

二極管的發(fā)光面半徑r最大應(yīng)為多大?

23.（2022?湖南?高考真題）如圖，某種防窺屏由透明介質(zhì)和對光完全吸收的屏障構(gòu)成，其中屏障垂直

于屏幕平行排列，可實現(xiàn)對像素單元可視角度。的控制（可視角度。定義為某像素單元發(fā)出的光在圖示平面

內(nèi)折射到空氣后最大折射角的2倍）?透明介質(zhì)的折射率n=2,屏障間隙L=O.8mm。發(fā)光像素單元緊貼

屏下，位于相鄰兩屏障的正中間.不考慮光的衍射。

（1）若把發(fā)光像素單元視為點光源，要求可視角度?？刂茷?0°,求屏障的高度d；

（2）若屏障高度d=1.0mm,且發(fā)光像素單元的寬度不能忽略，求像素單元寬度X最小為多少時，其可視

角度。剛好被擴為180°（只要看到像素單元的任意一點，即視為能看到該像素單元）。

空氣

透明介質(zhì)

發(fā)光像素單元

考點三光的色散光路控制

1.光的色散現(xiàn)象：一束白光通過三棱鏡后在屏上會形成彩色光帶。

2.成因：棱鏡材料對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，紅光通過棱鏡后的偏折程度最小,

對紫光的折射率最大，紫光通過棱鏡后的偏折程度最大，從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象。

3.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體（球）對光路的控制特點

平行玻璃磚三棱鏡圓柱體（球）

玻璃樓上下表面是平行

結(jié)構(gòu)橫截面為三角形橫截面是圓

的

對光線

?圓界面的法線是過圓

通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折

的作用通過平行玻璃磚的光線

射，兩次折射的出射光線均心的直線，光線經(jīng)過兩

不改變傳播方向，但要

向棱鏡底面偏折次折射后向圓心偏折

發(fā)生側(cè)移

?>

測定玻璃的折射率

應(yīng)用全反射棱鏡，改變光的傳播改變光的傳播方向

方向

4.各種色光的比較分析

顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫

低一高

同一介質(zhì)中的折射率小f大

同一介質(zhì)中的速度大f小

同一介質(zhì)中的波長大f小

通過同一棱鏡的偏折角