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高考物理总复习课件
第十五章 光学、电磁波与相对论
第1节 光的折射 全反射
一、光的折射定律
改变
1.折射现象：光从一种介质进入另一种介质时传播方向______
的现象.
2.折射定律.
折射角
(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________
______成正比.
sin θ1
sin θ2
＝n12(θ1、θ2 分别为入射角和折射角，n12 是
(2)表达式：
比例常数).
的正弦
二、折射率
入射角的正弦
折射角的正弦
1.定义：光从真空射入某种介质发生折射时，_____________
与______________之比，叫做这种介质的折射率.
2.定义式：n＝________.折射率由介质本身的光学性质和光的
频率决定.
sin θ1
sin θ2
3.计算公式：n＝________，因为 v＜c，所以任何介质的折射
率都大于________.
偏折程度
对两种介质来说，若 n1>n2，则折射率为 n1 的介质称为______
介质，折射率为 n2 的介质称为光疏介质.
4.物理意义：折射率是表示光从一种介质进入另一种介质时，
发生____________的物理量，与入射角θ1 及折射角θ2 的大小无关.
c
v
1
光密
三、全反射
入射角
光密
大于或等于
1.定义：光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时，当____
__________增大到某一角度时，折射光线消失，只剩下反射光线的
现象.
2. 条件：①光从____________ 介质射向光疏介质；②入射角
____________临界角.
1
n
为 n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为 C，则 sin C＝____.
4.应用：全反射棱镜、____________.
光导纤维
3.临界角：折射角等于 90°时的入射角.若光从光密介质(折射率
四、光的色散、棱镜
1.光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光
的色散.白光通过三棱镜会分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七
种单色光.
2.光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长有序
的排列.
3.棱镜.
(1)定义：截面是三角形的玻璃仪器，可以使光发生色散，白
光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同.
(2)三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生
色散.
【基础自测】
1.判断下列题目的正误.
(1)光的传播方向发生改变的现象叫光的折射.(
)
(2)折射率跟折射角的正弦成正比.(
)
(3)只要入射角足够大，就能发生全反射.(
)
(4)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小.(
)
(5)已知介质对某单色光的临界角为 C，则该介质的折射率等
于
1
.(
sin C
)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√
2.如果光以同一入射角从真空射入不同介质，则折射率越大的
介质(
)
A.折射角越大，表示这种介质对光的偏折作用越大
B.折射角越大，表示这种介质对光的偏折作用越小
C.折射角越小，表示这种介质对光的偏折作用越大
D.折射角越小，表示这种介质对光的偏折作用越小
解析：根据折射定律 n＝
sin θ1
sin θ2
，当光以同一入射角从真空向
介质入射时，sin θ1 一定，n 越大，sin θ2 就越小，θ2 越小，说明光
偏离原来的传播方向角度就越大.
答案：C
3.如图 15-1-1 是同一单色光从介质 a 射向介质 b 时的光路图，
由此可知(
)
图 15-1-1
A.a 是光密介质，b 是光疏介质
B.增大入射角，光在界面可能发生全反射
C.光在介质 a 中的频率大于在介质 b 中的频率
D.光在介质 a 中的传播速度大于在介质 b 中的传播速度
解析：结合光路图可判定入射角大于折射角，可知介质 a 是
光疏介质，b 是光密介质，A 错误.全反射发生在从光密介质到光
疏介质过程，B 错误.同一单色光在不同介质中传播，频率不变，
即光在介质 a 中的频率等于在介质 b 中的频率，C 错误.由折射率
介质 b 中的传播速度，D 正确.
答案：D
4.(2022 年广东惠州调研)如图 15-1-2 是网络信号在一段光纤
中传播的示意图，则下列说法正确的是(
)
图 15-1-2
A.纤芯的折射率应小于外包层的折射率，才能使光信号在二
者之间的界面处发生全反射
B.增大左端面的入射角θ，外包层与纤芯之间的界面处发生全
反射的临界角随之增大
C.增大左端面的入射角θ，左端面的折射角随之增大
D.增大左端面的入射角θ，纤芯的折射率随之增大
解析：纤芯的折射率应大于外包层的折射率，才能使光信号
在二者之间的界面处发生全反射，A 错误.根据全反射临界角公式
本身性质有关，与入射角θ无关，增大左端面的入射角θ，纤芯的
折射率不变，外包层与纤芯之间的界面处发生全反射的临界角不
增大左端面的入射角θ，纤芯的折射率不变，左端面的折射角随之
增大，C 正确.
答案：C
热点 1 折射现象与折射率
[热点归纳]
1.对折射率的理解.
(1)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光
(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关.同
一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小.
(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率
相同.
类型 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球)
结构 玻璃砖上、下表面
是平行的 横截面为三角形的
三棱镜 横截面是圆
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
通过三棱镜的光线
经两次折射后，出
射光线向棱镜底面
偏折
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
2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制：
类型 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球)
应用 测定玻璃的折射率
全反射棱镜，改变
光的传播方向 改变光的传播方
向
(续表)
考向 1 折射定律的应用
【典题 1】(2023 年江苏联考)如图 15-1-3所示，在“测玻璃砖
折射率”实验中，平行玻璃砖 abcd 与屏 P 平行放置，从另一侧用
激光笔以一定角度照射玻璃砖上 O 点，此时在屏上的 S1 处有激光
点，移走玻璃砖，激光点移到 S2 处，A、B 为玻璃砖 ad 边上的两
点，其中 OA 与 ad 边垂直，B 点是线段 OS2 与 ad 的交点，已经测
出 AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，则玻璃砖的折射率 n 是(
)
图 15-1-3
解析：根据题意画出光路图如图 D72 所示.
设在 C 点光线入射角为θ、折射角为α，则
根据折射定律有 n sin θ＝sin α，由于射入玻璃砖
的入射角等于射出玻璃砖的折射角，则 S1S2 ＝
图 D72
答案：C
考向 2 平行玻璃砖对光路的控制
【典题 2】(2023年江西九江二模)如图15-1-4 所示，一玻璃工
件的横截面是边长为 L 的正方形，在工件右侧与 CD 边相距 L 处
放置一平行于 CD 边的光屏.一束单色光从 AB
边的中点 O 以入射角α＝60°斜向上射入工件内
部，CD 边的中点 O′有光透出，光屏上出现两个
光点，光在真空中的传播速度为 c，求：
图 15 1-4
(1)光屏上两个光点之间的距离.
(2)光屏上最早出现两个光点的时间差.
解：(1)光路图如图 D73 所示.
图 D73
考向 3 三棱镜对光路的控制
【典题 3】(2023 年浙江卷)如图 15-1-5所示为一斜边镀银的等
腰直角棱镜的截面图.一细黄光束从直角边 AB 以角度θ入射，依次
经 AC 和 BC 两次反射，从直角边 AC 出射.出射光线相对于入射光
)
线偏转了α角，则α(
A.等于 90°
B.大于 90°
C.小于 90°
D.与棱镜的折射率有关
图 15-1-5
解析：题图已经画出此过程中光的传播路径，通过 BC 作出
△ABC 的对称图形，如图 D74 所示.根据对称性可知，从 CD 边射
出的光线与法线的夹角也为θ，所以光线从 AC 射出时与法线的夹
角也为θ.由于垂直于 AB 的法线与垂直于 AC 的法线
相互垂直，根据数学知识(一个角的两边与另一个角
的两边互相垂直，这两个角相等或互补)可知，从
AC 边射出的光线与入射光线相互垂直，故出射光线
图 D74
相对于入射光线偏转角α＝90°，选 A.
答案：A
R，BQ＝R.则玻璃砖
考向 4 透明球对光的控制
【典题 4】(2022 年广东潮州二模)如图15-1-6 所示，半圆形玻
璃砖放在水平地面上，玻璃砖最低点 B 与地面接触，平面 AC 水
平.一束由红光和紫光两种单色光组成的复合光斜射到圆心 O，方
向与平面 AC成θ＝30°角，光线经玻璃砖折射后照射在地面上留下
两个亮点 P、Q，测得BP＝
对红光折射率为________.若不考虑光的反射，光
在真空中的传播速度为 c，则两种单色光在玻璃砖
中传播的时间差为________.
图 15-1-6
解析：紫光的折射率大，红光的折射率小，所
以 P 是紫光，Q 是红光.设入射角为 i，红光折射角
为 β，紫光折射角为 α，光路如图 D75 所示.
图 D75
解得 α＝30°
热点 2 全反射现象的理解及应用
[热点归纳]
1.求解光的折射、全反射问题的四点提醒：
(1)光密介质和光疏介质是相对而言的.同一种介质，相对于其
他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质.
(2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，
都不会发生全反射现象.
(3)在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律，光路
均是可逆的.
(4)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和
反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射.
2.解决全反射问题的一般方法：
(1)确定光是从光密介质进入光疏介质.
(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射.
(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图.
(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、
判断、运算，解决问题.
化，即 v＝ .
3.求解全反射现象中光的传播时间的一般思路：
(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变
c
n
(2)全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系进
行确定.
考向 1 全反射中的临界问题
【典题 5】(多选)截面为等腰直角三角形的三棱镜如图 15-1-7
甲所示.DE 为嵌在三棱镜内部紧贴 BB′C′C 面的线状单色可见光光
源，DE 与三棱镜的 ABC 面垂直，D 位于线段 BC 的中点.图乙为
图甲中 ABC 面的正视图.三棱镜对该单色光的折射率为 ，只考虑
由 DE 直接射向侧面 AA′C′C 的光线.下列说法正确的是(
)
甲
乙
图 15-1-7
C.若 DE 发出的单色光频率变小，AA′C′C 面有光出射的区域
面积将增大
D.若 DE 发出的单色光频率变小，AA′C′C 面有光出射的区域
面积将减小
出的光，竖直向上从 M 点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同
时 C 点也恰好是出射光线的边缘，如图 D76 所示，因此光线只能
从 MC 段射出，根据几何关系可知，M 恰好为 AC 的中点，因此
在 AA′C′C 平面上有一半的面积有光线射出，故 A 正确，B 错误.
由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光的频率变小，折射
率也会变小，导致临界角会增大，这时 M 点上方也会有光线出射，
因此出射光线区域的面积将增大，故 C 正确，D 错误.
图 D76
答案：AC
R，光
考向 2 折射定律与全反射综合
【典题 6】(多选，2023 年广东湛江一模)夜晚高速公路的路标
在灯光的照射下特别亮，主要是因为使用了由大量均匀透明介质
球组成的反光材料.如图 15-1-8 所示，介质球的球心位于 O 点，半
径为 R.平行于直径 AOB 的单色光从空气射入介质球，其中一条光
线沿 CD 射入球体，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气
中时出射光线恰好与 CD 平行.已知 CD与 AB 间的距离为
在真空中的传播速度为 c，则(
)
图 15-1-8
A.光线经过一次折射一定射到 B 点
B.光线经过一次折射对应的折射角为 45°
解析：根据题意画出光路图如图 D77 所示.光线经过一次折射一定
几何关系可知 i＝2r，解得 r＝30°，B 错误.由折射定
图 D77
错误.
答案：AC
谢谢
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