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第十四单元　
光　学
课程标准 核心考点 考情统计
1.通过实验，理解光的折射定律。会测量材料的折射率 2.知道光的全反射现象及其产生的条件。初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用 3.观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用。知道光是横波，会用双缝干涉实验测量光的波长 4.通过实验，了解激光的特性，能举例说明激光技术在生产生活中的应用 光的折射定律 2024：浙江6月T3
折射率、全反射、光导纤维 2025：浙江6月T12；1月T10
2024：浙江6月T3
光的干涉、衍射和偏振现象 2025：浙江6月T12
2024：浙江1月T15
实验：测量玻璃的折射率 2024：浙江6月T16.Ⅲ
实验：用双缝干涉 实验测量光的波长
【学习目标】1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律。
2.掌握发生全反射的条件并会用全反射的条件进行相关计算。
考点一　折射定律　折射率
考点二　全反射　光导纤维
考点三　光的折射和全反射的综合应用
内
容
索
引
课时作业
第35讲　光的折射　全反射
1.折射定律
(1)内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在______________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______比。
(2)表达式：=n12(n12为比例常数)。
考点一　折射定律　折射率
同一平面
正
2.折射率
(1)定义式：n=。
(2)某种介质的折射率与光在该介质中的传播速度的关系式：n=。因为v＜c，所以任何介质的折射率都___________。
注意：①关系式n=中的n是指介质相对于真空的折射率，即绝对折射率。
②折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。
a.同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小；
b.频率是光的固有属性。同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。
大于1
1.无论是光的折射，还是反射，光路都是可逆的。(　 　)
2.在折射现象中，入射角越大，折射率越大。(　 　)
3.若光从空气射入水中，它的传播速度一定增大。(　 　)
4.根据n=可知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比。(　 　)
√


√
如图所示，横截面为半径R=6 cm的半圆形的透明柱体与屏幕MN相切于B点，MN垂直于直径AB，一单色光以53°入射角射向圆心O，反射光线与折射光线恰好垂直。已知光在真空中的传播速度为3×108 m/s(sin 53°=0.8，cos 53°=0.6)。求：
(1)介质对该光的折射率；
【解析】 根据题意作出光路图，如图所示，由几何关系可知α＋β=90°，由于α=53°，解得折射角β=37°，根据折射定律可得n=。
例 1
【答案】 　
(2)光线从O点照射到屏幕MN上所用的时间。
【解析】 光在介质中的传播速度v==2.25×108 m/s，由几何关系知OF==0.1 m，OE=R=0.06 m，EF=OF－OE=0.04 m，光线从O到E所用的时间t1=×10－10 s，光线从E到F所用的时间t2=×10－10 s，所以光线从O点照射到屏幕MN上所用的时间t=t1＋t2=4×10－10 s。
【答案】 4×10－10 s
(2025·台州期末)阿贝折射仪是一种用于测量液体折射率的光学仪器，核心结构如图所示。光线从透光棱镜进入后，经散射以多角度照射到待测液体与折射棱镜的接触面，不同入射角对应的光线经聚焦到目镜的不同位置，形成分离的明暗区域。图中光线1、2进入折射棱镜形成的光路及相关角度如图所示。则待测液体折射率n、棱镜折射率ng与相关角度之间的关系为(　 　)
A. 　 B.
C. 　 D.
例 2
【解析】 以光线1为研究对象，从待测液体进入棱镜根据折射定律有，根据几何关系，光线1从折射棱镜射出时的入射角为r=φ－α，根据折射定律有ng=，整理可得，A正确。
A
平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点
要点总结
项目 对光路的控制特点
平行玻璃砖

通过平行玻璃砖后光线不改变传播方向，但要发生侧移
三棱镜
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
要点总结
项目 对光路的控制特点
圆柱体(球)

圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折
1.光密介质与光疏介质
考点二　全反射　光导纤维
光密
介质 光密介质 光疏介质
折射率 大 小
光速 小 大
相对性 若n甲＞n乙，则甲相对乙是________介质 若n甲＜n乙，则甲相对乙是________介质 光疏
2.全反射
(1)定义：光从________介质射入________介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全________，只剩下反射光的现象。
注意：入射角增大的过程中，折射光的能量减少，反射光的能量增加，当发生全反射时，反射光的能量最强。
(2)条件：①光从________介质射入________介质。②入射角_______________临界角。
(3)临界角：折射角等于90°时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则由n=，得sin C=。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。
光密
光疏
消失
光密
光疏
大于或等于
3.全反射的应用
(1)全反射棱镜

(2)光导纤维

注意：内芯相对于外套为光密介质，内芯的折射率大于外套的折射率。
方向改变90°
方向改变180°
方向不变，发生侧移
(2025·浙江1月选考)测量透明溶液折射率的装置如图甲所示。在转盘上共轴放置一圆柱形容器，容器被透明隔板平分为两部分，一半充满待测溶液，另一半是空气。一束激光从左侧沿直径方向入射，右侧放置足够大的观测屏。在某次实验中，容器从图乙(俯视图)所示位置开始逆时针匀速旋转，此时观测屏上无亮点；随着继续转动，亮点突然出现，并开始计时，经Δt后亮点消失。已知转盘转动角速度为ω，空气折射率为1，隔板折射率为n，则待测溶液折射率nx为(光从折射率n1的介质射入折射率n2的介质，入射角与折射角分别为θ1与θ2，有) (　　 )
A.
B.
C.
D.
例 3
A
甲 乙
【解析】 由题意可知当屏上无光点时，光线从隔板射到空气上时发生了全反射，出现亮点时，光线从溶液射到隔板再射到空气时发生了折射，可知从出现亮点到亮点消失，容器旋转θ满足2θ=ωΔt，光线能透过液体和隔板从空气中射出时，即出现亮点时，可知光线的在空气中的入射角为θ时，光线在隔板和空气界面发生全反射，在隔板和液体界面，有，在隔板和空气界面n=，解得nx=，A正确。
(2025·湖州期中)光纤从内到外一般由纤芯、包层两部分组成，光信号在纤芯中传播。如图所示，一束复色光以入射角i从空气射入一段圆柱状光纤的纤芯后分成了a、b两束单色光，已知i=45°，下列说法中，正确的是(　 　)
A.纤芯的折射率小于包层的折射率
B.在光纤内a光的传播速度小于b光的传播速度
C.a光在光纤中传播的时间比b光长
D.入射角i越小，a、b光各自在光纤中传播的时间越短
例 4
D
【解析】 因光在纤芯发生全反射，可知纤芯的折射率大于包层的折射率，A错误；由图可知，在光导纤维内，a光的折射程度较小，则a光的折射率较小，根据可n=，可知a光的传播速度大于b光的传播速度，B错误；设光射入纤芯的折射角为α，光纤长度为L，则光的路程s=，根据折射定律有n=，可知光在光纤中传播的时间为t=
，由图可知，a光的折射角大于b光的折射角，且2α＜2i＝90°，所以a光在光纤中传播的时间比b光短，C错误；i越小，则光在端面上的折射角越小，即α越小，根据t=
，可知，a、b光在纤芯中的传播时间t越小，D正确。
分析综合问题的基本思路
(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质；
(2)判断入射角是否大于或等于临界角，明确是否会发生全反射现象；
(3)画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知识推断和求解相关问题。
技能点拨
考点三　光的折射和全反射的综合应用
(2020·浙江1月选考)如图所示，一束光与某材料表面成45°角入射，每次反射的光能量为入射光能量的k倍(0＜k＜1)。若这束光最终进入材料的能量为入射光能量的(1－k2)倍，则该材料折射率至少为(　 　)
A.　 B.　
C.1.5 D.2
例 5
【解析】 由题意知，这束光最终没有进入该材料的能量为入射光能量的k2倍，而每次反射的光能量为入射光能量的k倍，说明这束光在材料表面只发生两次既反射又折射的现象，且第二次折射后的光线在MN面上发生全反射，
如图所示，则有=n，sin β≥，sin β=cos θ，联立解得
n≥，A正确。
A
如图所示，小明同学用一束复色激光射入直角棱镜，做了光的折射实验，实验现象如图所示，则(　 　)
A.d光不可能是入射激光
B.c光可视为复色激光
C.在玻璃中，b光的传播速度比a光的大
D.a光的波长比b光的小
例 6
【解析】 根据题中光路图分析，d是入射光，c是反射光，a、b是折射光，由于折射光含两种不同颜色的光，故c光是复色光，A错误，B正确；折射光a、b的入射角相同，折射角θb＞θa，根据折射定律有n=，可知na＜nb，va＞vb，C错误；a光折射率小，因此波长大，D错误。
B
课时作业
答案速对
第十四单元 第35讲　光的折射　全反射 题号 1 2 3 4 5 6 7
答案 B C B D A B D
题号 8 9 10 11 答案 A C B C 1.(2024·浙江6月选考)如图所示为水流导光实验，出水口受激光照射，下面桶中的水被照亮，则(　 　)
A.激光在水和空气中速度相同
B.激光在水流中有全反射现象
C.水在空中做匀速率曲线运动
D.水在水平方向做匀加速运动
B
2.(2025·宁波三模)将一根黄色筷子竖直插入装有水的圆柱形玻璃杯中心轴的右侧，观察到筷子在水中的像向右发生了侧移，如图所示。若保持观察位置不变，下列说法中，正确的是
(　 　)
A.将筷子竖直插入玻璃杯的中心轴，也能看到筷子的像向右侧移
B.将筷子竖直插入玻璃杯中心轴的左侧，也能看到筷子的像向右侧移
C.若换成红色筷子，仍在原位置竖直插入，筷子在水中的像会向玻璃杯中心靠近一点
D.若将水换成折射率更大的液体，仍在原位置竖直插入，筷子在水中的像会向玻璃杯中心靠近
一点
C
【解析】 将筷子竖直插入玻璃杯的中心轴，光线射出玻璃杯后传播方向不变，看到筷子的像和筷子重合，不会向右侧移，A错误；将筷子竖直插入玻璃杯中心轴的左侧，看到筷子的像向左侧移，如图所示，B错误；若换成红色筷子，水对红光的折射率比黄光小，红像和筷子的距离变小，红像向筷子靠近，仍在原位置竖直插入，筷子在水中的红像会向玻璃杯中心靠近一点，C正确；若将水换成折射率更大的液体，像和筷子的距离变大，像远离筷子，仍在原位置竖直插入，筷子在水中的像会向玻璃杯中心远离一点，D错误。
3.如图甲所示，夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰船舶、楼台、亭阁、集市等出现在远方的空中。如图乙所示，沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可即，这就是“蜃景”。下列关于蜃景的说法，错误的是(　 　)
A.海面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
B.沙面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
C.A是蜃景，B是景物
D.C是蜃景，D是景物
甲 乙
【解析】 海面上，下层空气的温度比上层的低，密度比上层的大，故海面附近的空气折射率从下到上逐渐减小，光线向上射，人眼逆着光有时会看到空中楼阁，这是蜃景；沙面上，下层空气的温度比上层的高，密度比上层的小，故沙漠地表附近的空气折射率从下到上逐渐增大，光向下射时，人眼逆着光有时会看到远处的水源、仙人掌，即为蜃景。A、C、D正确，B错误。
B
4.(2025·舟山期末)如图所示为测液体折射率装置的示意图，装有液体的厚长方体透明容器放在支架上，可绕水平轴转动。激光笔固定在量角器上且与AO边重合。过中心O悬挂一重锤，其所指位置为B。现让激光垂直容器壁射入液体并在液面处出现光线1和2，支架转动到光线1恰好消失时，读出∠AOB并记为θ，即可求出液体的折射率并标在量角器上。已知容器的折射率为n，下列说法中，正确的是(　 　)
A.该液体的折射率为
B.越远离A端标注的折射率值越大且刻度不均匀
C.越靠近A端标注的折射率值越大且刻度均匀
D.若为薄壁容器，激光也必须垂直容器壁入射
D
【解析】 题意知光线1恰好消失时，光恰好发生全发射，由几何关系可知，光在液体内部的入射角为θ(临界角)，则有sin θ=，整理得n液=，A错误；由n液=可知越靠近A端θ越小，
n液越大，但n液与θ不成正比，即刻度不均匀，B、C错误；若为薄壁容器，激光不垂直容器壁入射时，在容器壁处会发生折射，此时θ不再等于光在液体内部的入射角，会对测量液体折射率产生干扰，所以激光也必须垂直容器壁入射，D正确。
5.如图所示为一块环形玻璃砖的俯视图，图中MN是过环心的一条直线，一束光线平行MN射入玻璃砖，它与MN之间的距离为x。玻璃砖的内圆半径为R，内部视为真空，外圆半径为2R，折射率为。下列说法中，正确的是(　 　)
A.当x=R时，光线恰好在内圆表面上发生全反射
B.当x=R时，光线进入内圆内部传播
C.当x=R时，光线从外圆射出的方向与图中入射
光线的夹角为45°
D.无论x(x＜2R)多大，光线都会进入内圆内部传播
A
【解析】 当x=R时，如图所示，由几何关系，有=sin 30°，即入射角为30°，由折射定律，有，得sin α=，由正弦定理，有，得sin β=2sin α=，即β=45°，此时光线恰好在内圆表面上发生全反射，A正确；
如图所示，由几何关系得=sin 45°，即入射角为45°，由折射定律，有，即折射角为30°，折射光线恰好与内圆相切，不能进入内圆内部。继续从外圆射出时，与法线夹角为45°，与原入射光线的夹角为30°，B、C错误；
综上可知，当x=R时，光线不会进入内圆内部传播，D错误。
6.如图甲所示为一细长圆柱体光纤的横截面，一束单色光从光纤左端中心点O进入光纤，内层介质的折射率n(最大值为n2)随到中心轴的距离r变化，外层介质折射率为n1大于空气折射率n0，但小于内层介质折射率，三者的折射率情况如图乙所示。已知光从折射率为na的介质射入折射率为nb的介质，入射角与折射角分别为θa与θb，满足。为了使单色光仅在光纤内层介质中传播而不进入到外层介质中，则从O点进入到光纤时入射角θ的最大正弦值是(　 　)
A. B.
C. D.
【解析】 设光以最大的入射角θ射入内层的折射角为r，根据题意可知，单色光不进入外层时满足sin C=，根据几何关系可知r＋C=90°，解得sin θ=，B正确。
甲 乙
B
7.(2025·杭州二模)老花镜可以看作厚度很薄的透镜，其前后表面可以看作半径分别为r1和r2的球面(r1 r2)，过两球面球心的连线称为主光轴，与主光轴距离为h(h r2)靠近光轴的光线为近轴光线。一束平行近轴光线通过透镜后与主光轴的交点到透镜(厚度不计)的距离称为焦距。则该老花镜(透镜)的焦距为(已知透镜折射率为n，当θ很小时，有tan θ≈θ，sin θ≈θ)(　 　)
A.(n＋1)r2 B.(n－1)r2
C. D.
【解析】 因r1 r2，厚度不计，对近轴光线，可将r1视为无限大，即透镜近似为平面。
根据几何关系有tan i≈i≈、sin α=nsin i≈，可知α=，解得焦距f=，D正确。
D
8.如图甲所示为一圆柱形玻璃茶壶，茶壶中央有一圆柱形茶叶滤网，当茶壶中盛有水时，观测者从侧边看到滤网的水下部分比水上部分宽一些，其部分光路如图乙所示。测得滤网水上部分的直径d1=8.0 cm、滤网的像的直径d2=10.5 cm、茶壶壁直径d3=20.0 cm，忽略茶壶壁和滤网的厚度，可得茶水的折射率为(　 　)
A.1.31 B.1.52 C.2.00 D.2.50
【解析】 根据折射定律有n=，由几何知识得sin i=，sin r=，解得n==1.31，A正确。
甲 乙
A
9.(2025·温州期末)某广场喷泉，在喷泉底部水平安装有五颜六色的圆形彩灯。如图所示，若所有彩灯均为圆盘状，直径均为d，灯面到水面的距离均为h。已知红光在水中的折射率为，水池面积足够大。下列说法中，正确的是(　 　)
A.每个灯盘在水面上的发光形状为环形
B.灯盘发出的红光能射出水面的最短时间为
C.红光灯盘在水面上的发光面积为π
D.红光灯盘在水面上的发光面积比绿光灯盘的小
C
【解析】 因为彩灯为圆盘状，所以每个灯盘在水面上的发光形状为圆形，A错误；设红光在水面发生全反射时临界角为C，则有sin C=，解得C=45°，如图所示，

由几何关系可得，红光灯盘在水面上的发光面积直径为2r=d＋2htan C，红光灯盘在水面上的发光面积为S=πr2=π，C正确；灯盘发出的红光垂直射到水面时的时间最短，最短时间为tmin=，B错误；因为红光的频率小于绿光，所以红光的折射率小于绿光，即n红＜n绿，可知红光的临界角C较大，则红光在水面上发光的直径较大，即红光灯盘在水面上的发光面积比绿光灯盘的大，D错误。
10.(2025·宁波期末)如图所示，一束单色光平行OA边从OB边射入一个半径为R、圆心角为135°的扇形玻璃砖，该单色光在玻璃砖中的折射率为，从M点入射的光由玻璃砖射出后恰与OA边平行。只考虑第一次射到圆弧上的光，则(　 　)
A.OM=R
B.OM=R
C.从玻璃砖圆弧上有光射出的与没有光射出的部分之比为2∶1
D.换成另一频率大的单色光平行OA边从M点入射到圆弧边出射后仍然与OA边平行
B
【解析】 已知从M点入射的光由玻璃砖射出后恰与OA边平行，其光路图如图所示，
根据题意可得α=45°，根据光的折射定律n=，代入数据解得β=30°，则说明光线在M点的折射角与N点时的入射角相等，从而可确定∠MON为直角，且tan β=，解得OM=R，A错误，B正确；根据临界角与折射率的关系sin C=，所以C=45°，所以当光线在圆弧面射出时的入射角为45°时将发生全反射，为圆弧边界有光射出的上边界，从O点射
入的光线从圆弧面射出时为下边界，所对应圆心角为∠COD等于45°，如图所示，
则从玻璃砖圆弧上有光射出的与没有光射出的部分之比为η=，C错误；换成另一频率大的单色光平行OA边从M点入射到圆弧边出射，由于不同光的折射率不同，所以此时不会与OA边平行射出，D错误。
11.(2023·浙江6月选考)在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9 m，水的折射率n=，细灯带到水面的距离h= m，则有光射出的水面形状(用阴影表示)为(　 　)
A. B. C. D.
【解析】 取细灯带上某一点作为点光源，点光源发出的光能在水面上射出的形状为圆形，设此圆形的半径为R，点光源发出的光线在水面恰好发生全反射的光路图如图甲所示。
甲
C
由sin C=，可得tan C=，R=htan C= m=0.3 m，三角形发光体的每一条细灯带发出的光在水面上有光射出的区域形状的示意图如图乙所示，三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体发出的光在水面上有光射出的形状的示意图如图丙所示。

直角边的长度为a=0.9 m，由几何关系可得此三角形的内切圆的半径r=a－a=a，而R=0.3 m=a，可得R＞r，则由图丙可知有光射出的水面形状在三角形中央区域无空缺部分，C正确，A、B、D错误。
乙 丙第35讲　光的折射　全反射
【学习目标】
1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律。
2.掌握发生全反射的条件并会用全反射的条件进行相关计算。
考点一　折射定律　折射率
1.折射定律
(1)内容：如图所示，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：=n12(n12为比例常数)。
2.折射率
(1)定义式：n=。
(2)某种介质的折射率与光在该介质中的传播速度的关系式：n=。因为v＜c，所以任何介质的折射率都　大于1　。
注意：①关系式n=中的n是指介质相对于真空的折射率，即绝对折射率。
②折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。
a.同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小；
b.频率是光的固有属性。同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。
1.无论是光的折射，还是反射，光路都是可逆的。(　√　)
2.在折射现象中，入射角越大，折射率越大。(　 　)
3.若光从空气射入水中，它的传播速度一定增大。(　 　)
4.根据n=可知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比。(　√　)
[例1]　如图所示，横截面为半径R=6 cm的半圆形的透明柱体与屏幕MN相切于B点，MN垂直于直径AB，一单色光以53°入射角射向圆心O，反射光线与折射光线恰好垂直。已知光在真空中的传播速度为3×108 m/s(sin 53°=0.8，cos 53°=0.6)。求：
(1)介质对该光的折射率；
(2)光线从O点照射到屏幕MN上所用的时间。
【答案】 (1)　(2)4×10－10 s
【解析】 (1)根据题意作出光路图，如图所示，由几何关系可知α＋β=90°，由于α=53°，解得折射角β=37°，根据折射定律可得n=。
(2)光在介质中的传播速度v==2.25×108 m/s，由几何关系知OF==0.1 m，OE=R=0.06 m，EF=OF－OE=0.04 m，光线从O到E所用的时间t1=×10－10 s，光线从E到F所用的时间t2=×10－10 s，所以光线从O点照射到屏幕MN上所用的时间t=t1＋t2=4×10－10 s。
[例2]　(2025·台州期末)阿贝折射仪是一种用于测量液体折射率的光学仪器，核心结构如图所示。光线从透光棱镜进入后，经散射以多角度照射到待测液体与折射棱镜的接触面，不同入射角对应的光线经聚焦到目镜的不同位置，形成分离的明暗区域。图中光线1、2进入折射棱镜形成的光路及相关角度如图所示。则待测液体折射率n、棱镜折射率ng与相关角度之间的关系为(　A　)
A. 　B.
C. 　D.
【解析】 以光线1为研究对象，从待测液体进入棱镜根据折射定律有，根据几何关系，光线1从折射棱镜射出时的入射角为r=φ－α，根据折射定律有ng=，整理可得，A正确。
平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点
项目 对光路的控制特点
平行玻璃砖 通过平行玻璃砖后光线不改变传播方向，但要发生侧移
三棱镜 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
圆柱体(球) 圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折
考点二　全反射　光导纤维
1.光密介质与光疏介质
介质 光密介质 光疏介质
折射率 大 小
光速 小 大
相对性 若n甲＞n乙，则甲相对乙是　光密　介质 若n甲＜n乙，则甲相对乙是　光疏　介质
2.全反射
(1)定义：光从　光密　介质射入　光疏　介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全　消失　，只剩下反射光的现象。
注意：入射角增大的过程中，折射光的能量减少，反射光的能量增加，当发生全反射时，反射光的能量最强。
(2)条件：①光从　光密　介质射入　光疏　介质。②入射角　大于或等于　临界角。
(3)临界角：折射角等于90°时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则由n=，得sin C=。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。
3.全反射的应用
(1)全反射棱镜
方向改变90°
方向改变180°
方向不变，发生侧移
(2)光导纤维
注意：内芯相对于外套为光密介质，内芯的折射率大于外套的折射率。
[例3]　(2025·浙江1月选考)测量透明溶液折射率的装置如图甲所示。在转盘上共轴放置一圆柱形容器，容器被透明隔板平分为两部分，一半充满待测溶液，另一半是空气。一束激光从左侧沿直径方向入射，右侧放置足够大的观测屏。在某次实验中，容器从图乙(俯视图)所示位置开始逆时针匀速旋转，此时观测屏上无亮点；随着继续转动，亮点突然出现，并开始计时，经Δt后亮点消失。已知转盘转动角速度为ω，空气折射率为1，隔板折射率为n，则待测溶液折射率nx为(光从折射率n1的介质射入折射率n2的介质，入射角与折射角分别为θ1与θ2，有) (　A　)
甲
乙
A. B.
C. D.
【解析】 由题意可知当屏上无光点时，光线从隔板射到空气上时发生了全反射，出现亮点时，光线从溶液射到隔板再射到空气时发生了折射，可知从出现亮点到亮点消失，容器旋转θ满足2θ=ωΔt，光线能透过液体和隔板从空气中射出时，即出现亮点时，可知光线的在空气中的入射角为θ时，光线在隔板和空气界面发生全反射，在隔板和液体界面，有，在隔板和空气界面n=，解得nx=，A正确。
[例4]　(2025·湖州期中)光纤从内到外一般由纤芯、包层两部分组成，光信号在纤芯中传播。如图所示，一束复色光以入射角i从空气射入一段圆柱状光纤的纤芯后分成了a、b两束单色光，已知i=45°，下列说法中，正确的是(　D　)
A.纤芯的折射率小于包层的折射率
B.在光纤内a光的传播速度小于b光的传播速度
C.a光在光纤中传播的时间比b光长
D.入射角i越小，a、b光各自在光纤中传播的时间越短
【解析】 因光在纤芯发生全反射，可知纤芯的折射率大于包层的折射率，A错误；由图可知，在光导纤维内，a光的折射程度较小，则a光的折射率较小，根据可n=，可知a光的传播速度大于b光的传播速度，B错误；设光射入纤芯的折射角为α，光纤长度为L，则光的路程s=，根据折射定律有n=，可知光在光纤中传播的时间为t====，由图可知，a光的折射角大于b光的折射角，且2α＜2i＝90°，所以a光在光纤中传播的时间比b光短，C错误；i越小，则光在端面上的折射角越小，即α越小，根据t===，可知，a、b光在纤芯中的传播时间t越小，D正确。
分析综合问题的基本思路
(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质；
(2)判断入射角是否大于或等于临界角，明确是否会发生全反射现象；
(3)画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知识推断和求解相关问题。
考点三　光的折射和全反射的综合应用
[例5]　(2020·浙江1月选考)如图所示，一束光与某材料表面成45°角入射，每次反射的光能量为入射光能量的k倍(0＜k＜1)。若这束光最终进入材料的能量为入射光能量的(1－k2)倍，则该材料折射率至少为(　A　)
A.　 B.　
C.1.5 D.2
【解析】 由题意知，这束光最终没有进入该材料的能量为入射光能量的k2倍，而每次反射的光能量为入射光能量的k倍，说明这束光在材料表面只发生两次既反射又折射的现象，且第二次折射后的光线在MN面上发生全反射，
如图所示，则有=n，sin β≥，sin β=cos θ，联立解得n≥，A正确。
[例6]　如图所示，小明同学用一束复色激光射入直角棱镜，做了光的折射实验，实验现象如图所示，则(　B　)
A.d光不可能是入射激光
B.c光可视为复色激光
C.在玻璃中，b光的传播速度比a光的大
D.a光的波长比b光的小
【解析】 根据题中光路图分析，d是入射光，c是反射光，a、b是折射光，由于折射光含两种不同颜色的光，故c光是复色光，A错误，B正确；折射光a、b的入射角相同，折射角θb＞θa，根据折射定律有n=，可知na＜nb，va＞vb，C错误；a光折射率小，因此波长大，D错误。

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