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(共49张PPT)
第四章 光
第1节 光的折射
图4-1-3
例1-1 如图4-1-3所示，人眼在处看见河里 点有一条鱼。若从
点射出一束激光，要使激光恰好照射到鱼身上，则激光应对
着哪一点射出( )
A
A.点 B. 点上方某一点
C.点下方某一点 D. 点左方某一点
【解析】
学思用·典例详解
图4-1-5
例2-2 (2026·广东揭阳联考)如图4-1-5，一棱镜的横截面为等腰三角
形，其中边长与相等， ， 边紧贴墙壁
放置，现有一束单色光垂直于边入射，从 边出射后恰好与墙
面垂直（不考虑光线在棱镜内的多次反射），则该棱镜的折射率为
( )
D
A. B. C. D.
【解析】
【学会了吗丨变式题】
1.(2026·河北秦皇岛质检)如图4-1-6所示，一束由、两种光组成的光束以 角从空
气射入长方体玻璃砖，、 光从射入玻璃砖上表面到传播到玻璃砖下表面所用时间
相等，已知两光在玻璃砖中的折射角分别为 、 ，下列关系式正确的是
( )
D
图4-1-6
A. B. C. D.
【解析】
学思用·典例详解
例4-3 有人在游泳池边上竖直向下观察水的深度，池水的视深为 ,已知水的折射率为
，求池水的实际深度。
【答案】
图4-1-7
【解析】如图4-1-7所示，作两条从池水底部某点 发出的光
线，一条垂直射出水面，一条入射角 （眼睛对光点
的张角很小），则相应出射光线的反向延长线与垂直光线
的交点就是看到的像点 ,设池水实际深
在三角形中:
在三角形中:
则
因为角、 的值都很小，则
,
则有,得,则 ,即池水的实际
深度为 。
明考向·出题考法
例4 (2023·全国甲卷改编，多选)等腰三角形为一棱镜的横截面， ；一平
行于边的细光束从边射入棱镜，在边反射后从 边射出，出射光分成了不同
颜色的两束，甲光的出射点在乙光的下方，如图4-1-9所示。不考虑多次反射。下列
说法正确的是( )
ACD
图4-1-9
A.甲光的波长比乙光的长
B.甲光的频率比乙光的高
C.在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大
D.在棱镜内 边反射时的入射角，甲光比乙光的大
【解析】作出光路图如图4-1-10所示，在棱镜内 边反射时的入射角，甲光的比乙
光的大，D正确；根据折射定律可知 ，故甲光的频率小于乙光的频率，B错
误；根据可知，，C正确；由于 ，根据频率越高、波长越短，
可知 ，A正确。
图4-1-10
关键能力构建
题型1 折射定律的理解与应用
例5 如图4-1-11所示，光线以入射角从空气射向折射率为 的玻璃表面。
图4-1-11
（1）当入射角 时，反射光线与折射光线间的夹角 为多大？
【答案】
［第1步：明确入射角、折射角、反射角］
图4-1-12
如图4-1-12所示，为入射角，为折射角， 为反射角，
由折射定律有，解得 ，则
，由反射定律得
［第2步：由几何关系计算
由几何关系可知反射光线与折射光线间的夹角为
。
（2）当入射角 为多少时，反射光线与折射光线垂直？
【答案】
【解析】 当反射光线与折射光线垂直时，有
则（）
故 。
. .
【学会了吗丨变式题】
图4-1-13
2.(2026·安徽安庆第一中学开学考试)转角菱方氮化硼光学晶体是世
界上已知最薄的光学晶体，仅有微米量级厚度，能效相较于同等厚
度的传统晶体提升了100至10 000倍。如图4-1-13为氮化硼光学晶体
的截面图，其截面长为，宽为。一束单色光斜射到上表面中点
点，当入射角 时，反射光线和折射光线恰好垂直，光在真
空中的传播速度为 。
（1）求该晶体材料的折射率 ；
【答案】
[第1步：明确入射角、反射角、折射角]
单色光在晶体材料上表面的入射角为 ，反射角也为 ，反射光线和折射光线
恰好垂直，则折射角为
[第2步：由折射定律计算折射率]
根据折射定律，有 。
（2）若调节光线在 点的入射角，使光线直接传播至下表面，求光从上表面传播至
下表面的最长时间 。
【答案】
[第1步：求出光在晶体材料中传播的速度]
由可知，光在晶体材料中传播的速度为
[第2步：求出光在晶体材料中传播的最大距离]
调节光线在 点的入射角，使光线直接传播至下表面，当光的传播距离最大时，光从
上表面传播至下表面的时间最长
最大距离为
[第3步：求出光在晶体材料中传播的最长时间]
综上可得，光从上表面传播至下表面的最长时间为 。
题型2 测定折射率实验问题分析
例6 (2026· 华南师范大学附属中学一模)用“插针法”测量如图4-1-14（a）所示的等腰
三角形玻璃砖的折射率。
图4-1-14
（1）以下实验步骤，正确的步骤顺序为__________。
①在白纸上分别画出玻璃砖三条边对应的直线、、、、 分别为三条直
线的交点，且，并作一条直线与平行，测得 ，如图（b）
所示；
②测得入射光线与的夹角为 ；
③在左侧光路上竖直插上大头针、 ，撤去玻璃砖，在白纸上借助大头针所插
位置绘制光路；
④将玻璃砖放置且重合于、、 三点，用红激光笔发出光线，调整入射角，使红
光恰好经过直线 ；
①④③②
（2）在步骤③中，两枚大头针的插入顺序为________（选填“、”或“、 ”）。
、
（3）玻璃砖对红光的折射率为 _ ____。
（4）为探究玻璃砖折射率与光的频率的关系，改用蓝激光笔发射蓝光，重复实验，
记录入射光线与的夹角为，如图（c）所示，测得 。此实验初步表明：对于
同一种介质，折射率与光的频率有关。频率越大，折射率越____（选填“大”或
“小”）。
大
【解析】
分析
（1） 实验步骤：先铺白纸，再画出三条边对应的边界 贴紧边界摆放玻璃砖
发射激光，并在激光光路（玻璃砖左侧光路）上插入大头针 连线，并测
出入射角和折射角 计算折射率。故本题顺序为①④③②。
（2） 在确定入射光线时，应先插离玻璃砖较近的大头针 ，再插离玻璃砖较远
的大头针 ，这样更容易准确确定入射光线的方向。所以两枚大头针的插
入顺序为、 。
分析
（3） 作出法线、辅助线，如下图。
__________________________________________________________________________________________________
续表
分析
（4） 已知 ，故用蓝激光笔做实验时入射角大，两次实验中折射角相同，可
知蓝光的偏折程度比红光大。根据折射定律，偏折程度越大，折射率越
大，而蓝光的频率比红光的大，所以对于同一种介质，频率越大，折射率
越大。
续表
【学会了吗丨变式题】
3.在利用插针法测定玻璃折射率的实验中：
图4-1-15
图4-1-16
（1）甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面和 后，不小心碰了玻璃砖使它
向 方向平移了少许，如图4-1-15所示。则他测出的折射率将______（选填“偏大”
“偏小”或“不变”）。
不变
【解析】如图（a）所示，甲同学利用插针法确定入射光线、折射光线后，由几何知
识分析可知测得的入射角、折射角没有受到影响，因此测得的折射率将不变。
图（a）
（2）乙同学在画界面时，不小心将两界面、 之间的距离画得比玻璃砖宽度大
些，如图4-1-16所示，则他测得的折射率将______（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
偏小
【解析】如图（b）所示，乙同学利用插针法确定入射光线、折射光线后，测得的入
射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率将偏小。
图（b）
核心素养聚焦
考情揭秘 素养点击
基本考查点 折射现象、折射率、测 量玻璃的折射率实验。 1.通过生活中的折射现象，理解折射率、折
射定律，具备物理观念。
2.通过作光路图并结合光路可逆性原理分析
光的传播问题，提升分析推理能力。
3.通过测量玻璃的折射率的实验，提升实验
能力。
热点及难点 折射定律、折射率的理 解与应用。 题型及难度 以选择题、计算题为 主，难度偏易。 高考中地位 属于常考考点。 考向1 折射定律问题的分析与计算
图4-1-17
例7 (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4-1-17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 ，
就能得到液体的折射率 。忽略器壁厚度，由该方案可知( )
B
A.若，则 B.若，则
C.若，则 D.若，则
本题重点考查折射定律的应用，要求考生能根据实际问题建构物理模型，运用物理
规律，结合几何知识求解实际问题。
【解析】
选项 分析 正误 选项 分析 正误
A 若，则 C 若，则
B 若，则 √ D 若，则
【类题链接丨变式题】
图4-1-18
类题1 (2025·广东卷)图4-1-18为测量某种玻璃折射率的光
路图。某单色光从空气垂直射入顶角为 的玻璃棱镜，出
射光相对于入射光的偏转角为 ，这种玻璃的折射率为
( )
A
A. B.
C. D.
【解析】作出光射出玻璃时界面的法线如图所示，由几何关系可知，光射出玻璃时
的折射角（在空气中的光线与法线的夹角）为 ，入射角（在玻璃中的光线与
法线的夹角）为 ，由折射定律可知折射率为 ，A正确。
考向2 棱镜折射问题的分析与求解
例8 (2023·全国乙卷)如图4-1-19，一折射率为 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。
图4-1-19
本题以三棱镜为素材创设求解几何关系的学习探索问题情境，主要考查光的折射定
律、折射率、光的反射等知识，体现了高考对考生分析推理能力的考查。
信息提取析题意
关键信息 分析 光路图
等腰直角三角形 光在边上的入射角为 。
底面上镀有一层反射膜 在 面遵循反射定律。 折射率为 ，得 。 【答案】
图4-1-20
【解析】光束由点射入棱镜后发生折射,经 边反
射后经过点，作出点关于的对称点 ,连接
、交于 ，光路图如图4-1-20所示。
由几何关系可知入射角
设折射角为 ，由折射定律可知
解得
设、间的距离为 ，由几何关系及对称性可知
， ， ，则
在中，
又
则 。
本题还可以根据以下几何关系求解。
【类题链接丨变式题】
图4-1-21
类题2 (2023·浙江1月卷)如图4-1-21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 以
角度 入射，依次经和两次反射，从直角边
出射。出射光线相对于入射光线偏转了 角，则
( )
A
A.等于 B.大于
C.小于 D.与棱镜的折射率有关
【解析】如图所示,设光线在边的折射角为 ，根据折射定律可得 ，设光
线在边的入射角为 ，光线在边的入射角为，折射角为 ；由反射定律和几何
知识可知 ， ，联立解得 ，根据折射定律可得
，又由，可得 ，过点（入射光线与 的交点）作出
射光线的平行线，则该平行线与的夹角为 ，由几何知识可知，出射光线相对于
入射光线的偏转角度为 ，A正确。
考向3 考查测量玻璃折射率的实验
例9 (2023·广东卷)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率，实验过
程如下：
图4-1-22
（1）将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。
（2）①激光笔发出的激光从玻璃砖上的点水平入射，到达面上的 点后反射到
点射出。用大头针在白纸上标记点、点和激光笔出光孔 的位置。
②移走玻璃砖，在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作、 连线的延长线，
与面的边界交于 点，如图4-1-22甲所示。
③用刻度尺测量和的长度和。的示数如图乙所示，为_____ 。测
得为 。
2.25
（3）利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式 _ __；由测得的数据可得
折射率 为_____（结果保留三位有效数字）。
（4）相对误差的计算式为。为了减小、 测量的相对
误差，实验中激光在 点入射时应尽量使入射角__________。
1.51
稍小一些
【解析】
实验探究步骤 具体内容
明确实验目的 测量玻璃的折射率
分析实验原理 折射率的定义式
获取和处理数据 （2）③刻度尺的最小分度为，由图乙可知， 为
。
基于证据得出结论 （3）玻璃砖折射率的表达式 ，代入数
据可得 。
实验探究步骤 具体内容
对结果进行评估 （4）相对误差的计算式为 ，为了
减小、测量的相对误差，实验中、 要尽量稍大一些，
即激光在 点入射时应尽量使入射角稍小一些。
续表
本题利用激光笔测量玻璃折射率，与教材中用插针法测量玻璃折射率实验的原理相
似，考查考生的理解能力及知识迁移能力，要求考生在理解实验原理的基础上，能
做到以不变应万变。
【类题链接丨变式题】
类题3 (2025·福建卷改编)
（1）为测糖水的折射率与浓度的关系，设计如下实验:某次射入激光，测得数据如
图4-1-23甲所示，则糖水的折射率为_ ________。
【解析】根据题图甲，由几何关系可知，入射角的正弦值
，折射角的正弦值 ，根据折射定
律得 。
（2）改变糖水浓度，记录数据如表:
1.32 1.34 1.35 1.38 1.42
将的数据在图乙中描点后并连线，糖水浓度每增加 ，折射率的增加值为
________________________（保留两位有效数字）。
0.023（0.021~0.025均可）
图4-1-23
【答案】见解析图
【解析】将数据 在题图乙中描点，连
线时，应使尽可能多的点落在线上，其余点均
匀分布在线两侧，如图所示；根据图可知，糖
水浓度每增加 ，折射率增加值为
。
类题4 (2024·安徽卷)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。
（1）为测量玻璃的折射率，按如图4-1-24所示进行实验，以下表述正确的一项是___。
（填正确答案标号）
B
图4-1-24
A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线和
B.在玻璃砖一侧插上大头针、 ，眼睛在另一侧透过玻璃砖
看两个大头针，使把 挡住，这样就可以确定入射光线和入
射点。在眼睛这一侧，插上大头针，使它把、 都挡住，
再插上大头针，使它把、、 都挡住，这样就可以确定
出射光线和出射点
C.实验时入射角 应尽量小一些，以减小实验误差
图4-1-25
（2）为探究介质折射率与光的频率的关
系，分别用一束红光和一束绿光从同一点
入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的
入射角，根据实验结果作出光路图，并标
记红光和绿光，如图4-1-25甲所示。此实
大
（3）为探究折射率与介质材料的关系，用同一束激光分别入射玻璃砖和某透明介质，
如图乙、丙所示。保持相同的入射角，测得折射角分别为、 ，则玻
璃和该介质的折射率大小关系为___（选填“ ”或“ ”）。此实验初步表明：
对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。
验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关。频率大，折射率____
（选填“大”或“小”）。
【解析】
实验探究步骤 具体内容
明确实验目的 用插针法测量玻璃的折射率
分析实验原理 折射率的定义式
梳理实验过程 （1）在白纸上画出一条直线 作为界面，把玻璃砖放在白纸上，使
它的一条长边与 对齐。将尺子轻靠在玻璃砖的另一长边，按住尺
子不动，取下玻璃砖，画出直线 代表玻璃砖的另一边，注意不能
用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线和 ，A错误；
B的操作是正确的；实验时入射角 应尽量大一些，但也不能太大
（接近 ），以减小实验误差，C错误。
实验探究步骤 具体内容
基于证据得出 结论 （2）由题图甲可知，入射角相同，绿光的折射角小于红光的折射
角，根据折射定律 可知，绿光的折射率大于红光的折射
率，又因为绿光的频率大于红光的频率，所以对于同一种介质，折
射率与光的频率有关，频率大，折射率大。
（3）根据折射定律可知，玻璃的折射率为 ，透明介质
的折射率为，其中，所以 。
续表

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