第十四章光學單擊此處添加副標題第1講光的折射、全反射考點1折射定律和折射率考點2光的折射和全反射的綜

合應用考點3光路控制及色散現(xiàn)象練習幫練透好題精準分層目錄Contents單擊此處添加標題01單擊此處添加標題02

課標要求1.通過實驗，理解光的折射定律.會測量材料的折射率.2.知道光的全反射現(xiàn)象及其產生的條件.初步了解光纖的工作原理、光纖技術在生

產生活中的應用核心考點五年考情折射定律和折射率2023：江蘇T5，全國乙T34(2)；2022：湖南T16(2)，江蘇T12；2021：河北T16(2)，湖南T16(2)，浙江6月T12；2019：全國ⅠT34(2)核心考點五年考情光的折射和全反射的綜

合應用2023：湖北T6，湖南T7，山東T16，浙江6月T13；2022：山東T7，河北T16(2)，廣東T16(2)，遼寧T5，全國

乙T34(2)，全國甲T34(2)，浙江6月T8；2021：廣東T16(2)，全國乙T34(2)；2020：全國ⅡT34(2)，全國ⅢT34(2)，浙江7月T13；2019：全國ⅢT34(2)光路控制及色散現(xiàn)象2023：浙江1月T13，全國甲T34(1)；2022：浙江1月T11；2021：海南T6核心素養(yǎng)對接1.物理觀念：理解折射率、光的折射和全反射；進一步拓展對物理世界的認識和理

解，發(fā)展物理觀念.2.科學思維：通過對物理現(xiàn)象進行分析和推理，建構物理模型，歸納總結得到光的

傳播規(guī)律.利用數(shù)學幾何知識求解全反射問題.3.科學探究：通過實驗探究折射現(xiàn)象，分析實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)特點和規(guī)律，得出定量

結論.4.科學態(tài)度與責任：通過光及其應用的學習，認識科學的本質.通過學習光纖的應

用，激發(fā)造福人類的內在動力命題分析預測光的折射和全反射是高考必考點，題型有選擇題

和計算題，難度較小或中等.預計2025年高考可能

會考查光的折射與全反射臨界角在實際中的應

用，幾何光學的臨界問題.

考點1折射定律和折射率

1.折射定律同一平面

可逆法線2.折射率光學性質大于

1.皎潔的月光下，在清澈的湖面上我們能通過水面看到月亮的倒影.同時，月光能夠

照亮水中的魚和草，為什么？[答案]月光從空氣射到水面時，一部分光折射進水中，另一部分光反射回到空氣

中，這兩部分光的去向分別遵循折射定律和反射定律.2.光由真空以相同的入射角射向不同的介質時，折射角是不同的，為什么？[答案]因為不同介質對光的折射率不同.

命題點1折射率的理解1.[多選]關于介質的折射率，下列說法正確的是(

BC

)C.折射率由介質本身及光的性質共同決定D.玻璃的折射率大于1，水的折射率小于1BC

命題點2折射定律的應用2.[2021河北]將兩塊半徑均為R、完全相同的透明半圓柱體A、B正對放置，圓心上

下錯開一定距離，如圖所示.用一束單色光沿半徑照射半圓柱體A，設圓心處入射角

為θ.當θ＝60°時，A右側恰好無光線射出；當θ＝30°時，有光線沿B的半徑射出，射

出位置與A的圓心相比下移h.不考慮多次反射.求：(i)半圓柱體對該單色光的折射率；

(ii)兩個半圓柱體之間的距離d.

方法點撥應用光的折射定律解題的一般思路1.根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關系，作出比較完整的光路圖；2.充分利用光路圖中的幾何關系，確定各角之間的聯(lián)系，根據(jù)折射定律求解相關的

物理量，如折射角、折射率等；3.注意在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的.考點2光的折射和全反射的綜合應用

1.光密介質與光疏介質介質光密介質光疏介質折射率大小光速小大相對性若n甲＞n乙，則甲相對乙是[6]

?介質若n甲＜n丙，則甲相對丙是[7]

?介質光密光疏

光密光疏消失小(3)全反射現(xiàn)象及應用發(fā)生條件全反射現(xiàn)象全反射應用①光由光密介質射向光

疏介質；②入射角大于或等于臨

界角

全反射棱鏡：全反射棱鏡可以改變光路，如圖

(3)全反射現(xiàn)象及應用發(fā)生條件全反射現(xiàn)象全反射應用①光由光密介質射向光

疏介質；②入射角大于或等于臨

界角

光導纖維：由內芯和外套兩層組成，內

芯的折射率比外套的大，光傳播時在內

芯與外套的界面上發(fā)生全反射，如圖(4)求解全反射問題的四點提醒①光密介質和光疏介質是相對而言的.同一種介質，相對于其他不同的介質，可能是

光密介質，也可能是光疏介質.②如果光線從光疏介質進入光密介質，則無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象.③在全反射現(xiàn)象中，遵循光的反射定律，光路均是可逆的.④當光射到兩種介質的界面上時，一般同時發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射

現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射，當折射角為90°時，實際上已經沒有折射光了.

3.如圖所示，自行車后面有尾燈，它雖然本身不發(fā)光，但在夜間行駛時，從后面開

來的汽車發(fā)出的強光照在尾燈上時，會有較強的光被反射回去，使汽車司機注意到

前面有自行車.那么，自行車的尾燈利用了什么原理？[答案]利用了全反射的原理.4.如圖所示，兩束不同頻率的平行單色光a、b從水射入空氣(空氣折射率為1)，發(fā)生

如圖所示的折射現(xiàn)象(α＜β)，則：(1)水對a的折射率比水對b的折射率

?；小[解析]由于α＜β，則折射率na＜nb；(2)a、b兩束光在空氣中傳播的速度大小

(填“相等”或“不相等”)，在水

中傳播的速度大小關系為va

vb；相等＞

(3)隨著a、b入射角的逐漸增大，

?先發(fā)生全反射；b

(4)當a、b入射角為0°時，光線不偏折，能否發(fā)生折射現(xiàn)象？[答案]能[解析]

當a、b入射角為0°時，光線雖然不偏折，但仍然發(fā)生折射現(xiàn)象.

命題點1光的全反射條件的理解3.[多選]如圖所示，半圓形玻璃磚在空氣中，三條同一顏色、強度相同的光線均沿

半徑方向由空氣射入玻璃磚并到達玻璃磚的圓心位置.下列說法正確的是(

ACD

)A.若三條光線中只有一條光線在O點發(fā)生了全反射，那一定是aO光線B.若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線cO一定能發(fā)生全反射C.若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線aO一定能發(fā)生全反射D.若光線aO恰能發(fā)生全反射，則光線bO的反射光線比光線cO的反射

光線的亮度大ACD[解析]在玻璃磚圓心位置O處，光線aO的入射角最大，光線cO的入射角最小，它

們都是從光密介質射向光疏介質，都有發(fā)生全反射的可能.如果只有一條光線發(fā)生了

全反射，那一定是aO光線，因為它的入射角最大，所以A正確.若光線bO能發(fā)生全反

射，說明它的入射角等于或大于臨界角，光線aO也一定能發(fā)生全反射，光線cO的入

射角可能大于臨界角，也可能小于臨界角，因此光線cO不一定能發(fā)生全反射，所以

C正確，B錯誤.若光線aO恰能發(fā)生全反射，光線bO和cO都不能發(fā)生全反射，但光線

bO的入射角更大，所以光線bO的反射光線較光線cO的反射光線強，即光線bO的反

射光線的亮度較大，所以D正確.命題拓展命題情境不變，設問改變如圖所示，兩束頻率不同的光束A和B分別沿半徑方向射入半圓形玻璃磚，出射光線

都是OP方向，下列說法正確的是(

D

)DA.A光穿過玻璃磚所需的時間比B光長B.在玻璃中，B光的傳播速度比A光的大C.光由玻璃射向空氣發(fā)生全反射時，A光的全反射臨界角比B光的小D.B光的頻率比A光的頻率高

[答案]

15.7m2

(2)將點光源S移到立方體底面ABCD中心，求S發(fā)出的光在立方體內傳播的最長時間.

命題點3光在玻璃磚中的折射和全反射問題5.[2023湖北]如圖所示，楔形玻璃的橫截面POQ的頂角為30°，OP邊上的點光源S到

頂點O的距離為d，垂直于OP邊的光線SN在OQ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度為(

C

)C.dC

考點3光路控制及色散現(xiàn)象

1.常見的幾種折射模型對光路的控制特點項

目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)不規(guī)則圖形結

構玻璃磚上下表

面平行橫截面為三角

形橫截面為圓上下兩表面不平行項

目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)不規(guī)則圖形對

光線

的作

用

通過平行玻璃

磚的光線不改

變傳播方向，

但要發(fā)生側移

通過三棱鏡的

光線經兩次折

射后，出射光

線向棱鏡底面

偏折

圓界面的法

線是過圓心

的直線，光

線經過兩次

折射后向圓

心偏折

通過上表面折射后，在下表面

可能發(fā)生全反射，也可能不發(fā)

生全反射項

目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)不規(guī)則圖形應

用測定玻璃的折

射率全反射棱鏡，

改變光的傳播

方向改變光的傳

播方向改變光的傳播方向2.光的色散(1)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

產生色散現(xiàn)象.(3)七種色光的比較色光紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫波長依次減小頻率依次增大由真空進入介質后，頻率不變同一介質中的

波速依次減小同一介質中的

折射率依次增大，偏折程度逐漸明顯同一介質中的

臨界角

命題點1三棱鏡的色散6.[多選]明代學者方以智在《陽燧倒影》中記載：“凡寶石面凸，則光成一條，有

數(shù)棱則必有一面五色”.表明白光通過多棱晶體折射會發(fā)生色散現(xiàn)象.如圖所示，一

細束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面，經過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，

在光屏a、b間形成一條彩色光帶，則下列說法正確的是(

BC

)A.a側是紅色光，b側是紫色光B.在真空中a側光的波長小于b側光的波長C.三棱鏡對a側光的折射率大于對b側光的折射率D.在三棱鏡中a側光的傳播速率大于b側光的傳播速率BC

A.汽車燈光應從左面射過來，在尾燈的左表面發(fā)生全反射B.汽車燈光應從右面射過來，在尾燈的左表面發(fā)生全反射C.汽車燈光斜向右面入射，一定會發(fā)生全反射D.為了提高安全性，制成尾燈的透明介質的折射率越大越好，折射率越大，

光進入介質后傳播速度越大B

命題點3平行玻璃磚對光路的控制8.如圖所示，一束可見光穿過平行玻璃磚后，分成a、b兩束單色光，下列說法正確

的是(

D

)A.有可能單色光a是紫光，單色光b是黃光B.玻璃磚對單色光a的折射率大于對單色光b的折射率C.從玻璃磚中出射時，單色光a的出射角大于單色光b的出射角D.單色光a在玻璃磚中的傳播速度大于單色光b在玻璃磚中的傳播速度D

[解析]依題意，可畫出光線在水球內的折射光線如圖所示

(2)此單色光在水球內傳播所用的時間.

1.[光路圖選擇/2023江蘇]地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，太陽光

斜射向地面的過程中會發(fā)生彎曲.下列光路圖中能描述該現(xiàn)象的是(

A

)AABCD123456[解析]

1234562.[液體中光的傳播/2023湖南/多選]一位潛水愛好者在水下活動時，利用激光器向

岸上救援人員發(fā)射激光信號，設激光光束與水面的夾角為α，如圖所示.他發(fā)現(xiàn)只有

當α大于41°時，岸上救援人員才能收到他發(fā)出的激光光束，下列說法正確的是

(

BC

)C.當他以α＝60°向水面發(fā)射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°D.當他以α＝60°向水面發(fā)射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角大于60°BC123456[解析]α＝41°

1234563.[半圓形玻璃磚的光路問題/2022浙江1月]如圖所示，用激光筆照射半圓形玻璃磚

圓心O點，發(fā)現(xiàn)有a、b、c、d四條細光束，其中d是光經折射和反射形成的.當入射光

束a繞O點逆時針方向轉過小角度Δθ時，b、c、d也會隨之轉動，則(

B

)A.光束b順時針旋轉角度小于ΔθB.光束c逆時針旋轉角度小于ΔθC.光束d順時針旋轉角度大于ΔθD.光束b、c之間的夾角減小了2ΔθB123456

123456

A.在MQ邊的折射角為60°B.在MN邊的入射角為45°C.不能從MN邊射出D.不能從NP邊射出C123456

光線傳播到NP邊時入射角為30°，小于全反射臨界角，故可以從NP邊射出，D錯誤.123456

123456

解得r＝30°設AM間的距離為d，由幾何關系可知∠ABD＝∠DBM'＝∠BM'M＝45°，∠AM'M＝15°則∠BAD＝30°

123456

123456

123456(2)被測物體自上而下微小移動，使N下端面從剛能接收反射激光到恰好全部被照

亮，求玻璃絲下端面到被測物體距離b的相應范圍(只考慮在被測物體表面反射一次

的光線).

123456

123456

1.[2023河北保定質檢/多選]如圖所示，光在真空和某介質的界面MN上發(fā)生折射，

則由圖可知(

BD

)A.光是從真空射入介質的B.光是從介質射入真空的BD12345678910111213

123456789101112132.經研究發(fā)現(xiàn)：空氣的折射率大于1，并且離地球表面越近，大氣層的密度越大，

折射率越大.假設地球表面不存在大氣層，那么人們觀察到的日出時刻與實際存在大

氣層的情況相比(

B

)A.將提前B.將延后C.一些區(qū)域提前，在另一些區(qū)域延后D.不變B12345678910111213[解析]若地球表面不存在大氣層，太陽光將在真空中沿直線傳播，由于地球是球

體，所以只有太陽升到某一位置時才能被觀察到.而正因為地球表面存在大氣層，太

陽光射入大氣層時會發(fā)生折射現(xiàn)象，能夠被人們提前觀察到.所以，如果地球表面不

存在大氣層，那么人們觀察到的日出時刻與實際存在大氣層的情況相比將延后，故

選B.12345678910111213

A.15°B.30°C.45°D.60°

A123456789101112134.如圖所示，一束光線從空氣射入玻璃磚.若入射角i＝60°，測出折射角r＝30°，

AB∥CD，玻璃磚的厚度為L，光在真空中的傳播速度為c，則(

C

)D.從CD邊射出的光線與從AB邊射入的光線不平行C12345678910111213

123456789101112135.[果蔬汁的折射率/2024湖北武漢部分學校調研/多選]果蔬汁的折射率與其含糖量

成正比.如圖是測量果蔬含糖量的糖度計工作原理：一束單色光垂直半圓形容器壁射

入果蔬汁中，經果蔬汁、三棱鏡后再照射至光屏上.已知果蔬汁的折射率小于三棱鏡

的折射率.下列說法正確的是(

BC

)A.糖度計利用光的全反射原理B.光在不同濃度的果蔬汁中傳播速度不相等C.若果蔬汁的含糖量增大，光屏上的光點將上移D.若果蔬汁的含糖量增大，光屏上的光點將下移BC12345678910111213

123456789101112136.[光的折射的動態(tài)分析/2024山西大同統(tǒng)考模擬]為觀察光的傳播現(xiàn)象，一同學用

半圓柱形玻璃磚進行實驗，其橫截面如圖所示，此時底面BD與右側豎直光屏平行.

一束白光從玻璃磚左側垂直于BD射到圓心O上，在光屏上C點出現(xiàn)白色亮斑，使玻

璃磚底面繞O點逆時針緩慢旋轉θ(0°＜θ＜90°)，觀察到屏上的白色亮斑在偏離C點的

同時變成下紫、上紅的彩色光斑.隨著θ角緩慢變大，下列說法正確的是(

B

)A.折射光斑在豎直屏上向上移動B.紅光在玻璃磚中傳播速度最大C.彩色光斑沿光屏向上移動，紫光最先消失D.彩色光斑沿光屏向下移動，紅光最先消失B12345678910111213

123456789101112137.[滲透實驗思想]在天宮課堂第二課“光學水球”實驗中，王亞平老師在水球中注

入少量氣體，在水球內會形成一個氣泡.在另一側，我們可以觀察到王老師一正一反

兩個像，如圖甲所示.這是因為有一部分光線會進入水球中的氣泡，形成了正立的人

像，而另一部分無法進入氣泡的光線，形成了倒立的人像.為了方便研究，我們簡化

為如圖乙所示.已知水球半徑為R1，氣泡半徑為R2，兩球為同心球.有兩束平行光射入

水球，其中a光沿半徑方向射入，b光恰好在氣泡表面發(fā)生全反射，水的折射率為n.

求a、b兩束平行光之間的距離x.圖甲圖乙12345678910111213[答案]

R2

12345678910111213

A.2sB.4sC.6sD.8sA12345678910111213

123456789101112139.如圖，一束復色光照射到平行玻璃磚的上表面，經玻璃磚下表面射出后分為a、b

兩束光，下列說法正確的是(

B

)A.a光的頻率小于b光的頻率B.a、b一定是平行光線C.a光的波長大于b光的波長D.若增大入射角δ，a光對應光線先在下表面發(fā)生全反射B12345678910111213[解析]由光路圖可知，在玻璃磚上表面發(fā)生折射時，兩束不同色光的入射角相

同，a光在介質中的折射角小于b光的折射角，則由折射定律可知，a光的折射率大

于b光的折射率，則a光的頻率大于b光的頻率，A錯誤；玻璃磚的上、下表面平行，

則平行玻璃磚上、下表面的入射光線和出射光線一定平行，B正確；由c＝λν可知a

光的波長小于b光的波長，C錯誤；全反射的條件是光由光密介質向光疏介質中傳

播，且入射角大于等于臨界角，由光路可逆性原理可知光線不可能在下表面發(fā)生全

反射，D錯誤.1234567891011121310.[2024福建福安一中校考]如圖所示，半圓形透明介質的橫截面半徑為R.

一束光

從半圓形透明介質的下邊緣以入射角45°從直線邊界射入透明介質，光束在半圓形透

明介質的弧形面發(fā)生兩次全反射后剛好從上邊緣射出.已知光在真空中傳播的速度為

c.求：(1)半圓形透明介質的折射率；

[解析]光路圖如圖所示

12345678910111213(2)半圓形透明介質的全反射臨界角；[答案]

45°

(3)光束在半圓形透明介質中傳播的時間.

[解析]光路圖如圖所示12345678910111213

光束在半圓形透明介質中傳播的距離L＝3R

[解析]光路圖如圖所示1234567891011121311.[傳統(tǒng)文化/2024山東青島調研檢測]古代學者早已認識到光沿直線傳播，戰(zhàn)國時

期《墨經》中就記載了小孔成倒像的實驗.如圖，一身高為L的實驗者站在水平地面

上，距他正前方s處的豎直墻上有一個圓柱形孔洞，其直徑為d(d?L)，深度為h，孔

洞距水平地面的高度是實驗者身高的一半.由于孔洞深度過大，使得光屏上成像不完

整.現(xiàn)用厚度等于洞深的透明均勻介質填充孔洞，不考慮光在透明介質中的反射.(1)若實驗者通過小孔能成完整的像，求介質折射率的最小值n1；

12345678910111213[解析]

若實驗者通過小孔能成完整的像，則實驗者的最高點和最低點的像點能

夠在光屏上呈現(xiàn)，所以當折射角最大時，介質的折射率最小，作出此時光線從最高

點