资源简介

(共62张PPT)
第四章 光
第2节 全反射
学思用·典例详解
例1-1 关于全反射，下列说法正确的是( )
A
A.发生全反射时，折射光线完全消失，只剩下反射光线
B.光从光密介质射入光疏介质时一定会发生全反射
C.光从光疏介质射入光密介质时可能发生全反射
D.光从其传播速度大的介质射入其传播速度小的介质时可能发生全反射
【解析】发生全反射时，所有的光线全部反射，折射光线完全消失，A正确。由
知，光在其中传播速度小的介质的折射率大，光在其中传播速度大的介质的折
射率小，折射率大的介质是光密介质，折射率小的介质是光疏介质，光从光密介质
射入光疏介质时，只有入射角等于或大于临界角，才能发生全反射；光从光疏介质
射入光密介质时不可能发生全反射，B、C、D错误。
例1-2 (2026·广东广州调研，多选)如图4-2-2所示，将某种材料制成的半圆形透明砖
放在白纸上，将激光束平行纸面且始终沿着半径方向穿过圆弧面射向圆心 ，当
激光入射点为时，从透明砖射出的激光在下方恰好消失。已知 ，
则( )
AD
图4-2-2
A.激光在 下方消失是因为发生了全反射现象
B.若调整入射点的位置，激光可能在 面发生全反射现象
C.透明砖的折射率为
D.透明砖的折射率为2
【解析】
选项 分析 正误
A 激光在下方恰好消失是由于光在 面上的入射角等于临界角，发生 了全反射现象。 √
B 全反射现象只能发生在光由光密介质进入光疏介质的过程中，故无论 如何调整入射点的位置，激光都不可能在 面发生全反射现象。
C 当激光入射点为时，从透明砖射出的激光在 下方恰好消失，可 知，临界角 ，根据，解得 。
D √
学思用·典例详解
图4-2-6
例2-3 某种自行车的尾灯应用了全反射棱镜，它本身不发光，夜间骑
车时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反
射回去，提醒汽车司机注意到前面的自行车，尾灯由折射率大于 的
透明介质制成，其外形如图4-2-6所示，下列说法正确的是( )
B
A.汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
B.汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
C.汽车灯光斜着从右面射过来，一定会发生全反射
D.为了提高安全性，制成尾灯的透明介质的折射率越大越好，折射率
越大，光进入介质后传播速度越大
【解析】由图可知，汽车灯光应从右面射向自行车尾灯，光在尾灯内部左表面发生
全反射，使自行车后面的汽车司机发现前面有自行车，避免事故的发生，故A错误，
B正确；汽车灯光斜着从右面射过来时，光到达尾灯内部左表面时的入射角有可能小
于临界角，不一定发生全反射，故C错误；由 可知，折射率越大的介质，光在
其中的传播速度越小，故D错误。
点评 随着社会的发展，自行车仅靠反光已经不足以引起过往车辆的注意，现在有
一些自行车尾灯会借助电池来照明，以保证行车安全。
例3-4 (2026·河北秦皇岛市第一中学质检)海市蜃楼是一种特殊的光学现象。其中一
种情况如图4-2-11所示，空气密度随高度增大迅速减小，光线在这种空气密度随高度
锐减的空气层中传播，会向下偏折，远方地平线处的物体发出或反射的光线经折射
进入观测者眼帘。根据上述情况，下列说法正确的是( )
D
图4-2-11
A.空气折射率随高度的升高而逐渐增大
B.光线在最高处发生了折射
C.若光线的频率增大，则能到达的最高点升高
D.若光线初始的入射角增大，则能到达的最高点
降低
【解析】随高度升高，空气密度迅速减小，折射率也随之减小，从而使光线不断向
下偏折，形成海市蜃楼现象，A错误。海市蜃楼现象中，光在不同密度（折射率）
空气层间连续折射，随着折射率的减小，光发生全反射时所需达到的临界角增大，
当入射角等于或大于临界角时，光线将发生全反射，不再有光线折射出去，故光线
在最高处发生了全反射，B错误。若光线的频率增大，则折射率将变大，根据折射定
律可知，入射角相同时，折射角将变大，光线更容易向下偏折，提前达到发生全反
射的临界角，所以光线能够到达的最高点将降低，而不是升高，C错误。若初始入射
角增大，根据折射定律可知，折射角将增大，提前达到发生全反射的临界角，所以
光线能到达的最高点降低，D正确。
关键能力构建
题型1 判断光能否发生全反射
例5 (2026·河北秦皇岛联考)如图4-2-12所示，一棱镜的横截面为等腰直角三角形，一
细束单色光以 的入射角从边上点射入。已知， ，棱镜材
料对该光的折射率为，有折射光时不考虑反射光， 。
图4-2-12
（1）通过计算判断光会不会从 边上射出；
【答案】不会
【解析】作出光路图，如图4-2-13所示，根据折射定律有
图4-2-13
解得
则根据几何关系可得光在边上点的入射角为
则有
故光在边发生全反射，不会从 边射出。
（2）求光从棱镜中射出的位置到 点的距离。
【答案】
【解析】设光从边上点射出，由几何关系可得 ，
， ，
对三角形，有
解得 。
【学会了吗丨变式题】
图4-2-14
1.(2025·广西卷)如图4-2-14，在扇形玻璃中， ，
可见光分别从点沿、 射向真空。该玻璃对可见光的折
射率为 ，则( )
C
A.沿的光发生全反射，沿 的光不发生全反射
B.沿的光不发生全反射，沿 的光发生全反射
C.沿、 的两束光都发生全反射
D.沿、 的两束光都不发生全反射
【解析】过点和点分别作出界面的法线，设 光线的
入射角为 ，光线的入射角为 ，如图所示，则在等
腰三角形中， ，又 ，
则 ，同理,在等腰三角形 中，
，又 ，则 ，根
据全反射临界角公式及可求得 ，
由于 和 均大于，故沿、 射向真空的两束光都发生全反射，C正确。
题型2 有关全反射问题的分析与计算
母题 致经典·母题探究
例6 (全国卷Ⅲ高考题)如图 4-2-15，直角三角形为一棱镜的横截面, ,
。一束光线平行于底边射到边上并进入棱镜，然后垂直于 边射出。
图4-2-15
（1）求棱镜的折射率；
信息提取析题意
抓住题中关键字“垂直”，画出光路图求解。
【答案】
【解析】光路图及相关量如图4-2-16所示。
图4-2-16
光线在边上折射，设入射角为，折射角为 ,因入射光线与平行，则 ,
由折射定律得 ①
式中是棱镜的折射率。设折射后的光线与边的夹角为 ，经反射后与 边的夹
角为,由几何关系可知 ②
由几何关系和反射定律得 ③
联立①②③式，并代入 得 。 ④
（2）保持边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到 边上恰好无光线射出。
求此时 边上入射角的正弦。
信息提取析题意找出临界情况，再由全反射的临界角公式 ,结
合几何知识求解。
【答案】
【解析】设边上恰好无光射出时边上的入射角为,折射角为 ,由折射定律得
⑤
依题意，光线在边上的入射角为全反射的临界角,且 ⑥
由几何关系得 ⑦
由④⑤⑥⑦式得 。
子题 情境转化
图4-2-17
变式1 原题中，若一束光线平行于底边射到 边上并进入棱镜，
然后垂直于 边射出，如图4-2-17所示。
（1）求此棱镜的折射率;
【答案】
图4-2-18
【解析】光路图如图4-2-18所示,设光线在边上的入射角为 ,
折射角为 ,光线在边上的入射角为
根据几何知识可知 ， ，
根据折射定律有
则此棱镜的折射率 。
（2）保持 边上的入射点不变,逐渐改变入射角的大小,通过计算说明,光进入棱镜后
是否能从 边射出。
【答案】不能
【解析】设光线恰好能从边射出时边上的入射角为，折射角为 ，根据折射
定律有
根据题意可知，要使得光线在边上射出，入射角应小于全反射的临界角，当
与临界角相等时，由几何关系知 ，即
且
则
联立解得光在边上的入射角的正弦值为 ，不存在此角度，所以光
线不能从 边射出。
子题 情境转化
变式2 (全国卷Ⅲ高考题)如图4-2-19，一折射率为 的材料制作的三棱镜，其横截面
为直角三角形， ， 。一束平行光平行于边从 边射入
棱镜，不计光线在棱镜内的多次反射，求边与 边上有光出射区域的长度的比值。
图4-2-19
【答案】2
图4-2-20
【解析】如图4-2-20所示，设从 点入射的光线经折射后恰
好射向点，光在边上的入射角为,折射角为 ,由折射
定律有 ①
设从范围入射的光折射后在边上的入射角为 ,由几何
关系有 ②
由①②式并代入题给数据得 ③
则可知 ④
所以，从范围入射的光折射后在 边上发生全反射，反
射光线垂直射到边， 边上全部有光射出。
图4-2-21
设从范围入射的光折射后在边上的入射角为 ,如图4-2
-21所示。由几何关系有 ⑤
由③⑤式可知
则由已知条件可知 ⑥
即从范围入射的光折射后在边上发生全反射，反射光线垂直射到 边上。设
边上有光线射出的部分为,由几何关系得 ⑦
边与边有光出射区域的长度的比值为 。
【学会了吗丨变式题】
图4-2-22
2.(全国乙卷高考题)一细束单色光在三棱镜的侧面
上以大角度由 点入射（入射面在棱镜的横截面内）,入射
角为,经折射后射至边的 点，如图4-2-22所示。逐渐
减小,点向点移动，当时，恰好没有光线从
边射出棱镜，且 。求棱镜的折射率。
【答案】1.5
【解析】如图所示，折射光线在边恰好不能射出时，在 边上的入射角等于全反
射临界角
，各个角度如图中所示
由几何关系可知
解得
由全反射知识得
由折射定律有
由题意有
联立解得（ 舍去）。
题型3 全反射的实际应用问题分析
例7 光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强，载有声音、图像以及各
种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以沿着光纤传到千里之外的另一端，实
现光纤通信。如图4-2-23所示，某光纤内芯半径为，折射率为 ，传递的信号从光
纤轴线上的点射向光纤。为保证射入光纤的光信号在传输过程中发生全反射， 点
到光纤端面的距离必须大于某个值。
图4-2-23
（1）若该光纤长为 ，求光在该光纤中传播的最短时间（已知光在真空中的传播速
度为 ）；
【答案】
【解析】光在光纤中沿直线传播时，所需时间最短，光在光纤中传播的速度 ，
则最短时间 。
（2）若该光纤内芯半径， ，假设光信号在其中传输时相对外套的临
界角为 ，求点到光纤端面距离的最小值（已知， ，
）。
【答案】
图4-2-24
【解析】如图4-2-24所示，设光照射在光纤端面的 点
时，入射角为 ，折射角为 ，光线进入光纤后照射
在点，入射角为 ，所求的最小距离为 。根据折射
定律有,又由几何关系可得
当点接近光纤内芯边缘时， 角最大， 角最小，
若此时恰能发生全反射，则有 ,
联立并代入数据解得 。
思路点拨 解答本题时首先要理解光在光纤中传播的时间最短的条件，其次要明确光
在光纤中的传播速度，求 点到光纤端面的最小值时要依题意画出光路图进行分析。
【学会了吗丨变式题】
3.(2026·河北邯郸模拟，多选)在医学领域的内窥镜检查中，常利用光导纤维将光传
输到人体内部进行照明，并通过另一细管中的微型摄像机来进行观察。如图4-2-25所
示，某内窥镜所用光导纤维由折射率为的内芯和折射率为 的外套组成。一束光
从空气以入射角 射向平直的光导纤维内芯的左端面并在内芯与外套的界面发生全
反射。已知光导纤维长度为，真空中光速为 。下列说法正确的是( )
AC
图4-2-25
A.
B.
C.光在光导纤维中传播的时间为
D.光在光导纤维中传播的时间为
【解析】发生全反射的条件之一是光由光
密介质射向光疏介质，所以 ，故A
正确，B错误；如图所示，当入射角为
时，设光的折射角为 ，根据折射定律有
，由数学知识可知
，根据几何
关系可知，光在光导纤维中的传播距离为，由 知光在光导纤维中的传
播速度为 ，则光在光导纤维中的传
播时间为 ，故C正确，D
错误。
提素养 深度学习
微专题 光学中的极值问题
类型1 抓住边界光线求极值
图4-2-26
例8 一个横截面为矩形、粗细均匀的玻璃棒，被弯成如
图4-2-26所示的半圆形状,其内半径为 ,玻璃棒横截面宽
为，折射率为 。如果一束平行光垂直于玻璃棒水平端
面射入,并使之全部从水平端面射出，则与 的最小
比值为多少
【答案】
图4-2-27
【解析】由图4-2-27可以看出,从 端最内侧的边界射入玻
璃棒的光线射到弧 上的入射角最小，因此必须保证此
光线能发生全反射，即此光线射到弧 上的入射角大于
等于临界角，结合几何关系可得,又 ，
解得，即与的最小比值为 。
求光照范围或宽度时，边界光线常常为我们快速解题打开方便之门。
类型2 抓住交界光线求极值
图4-2-28
例9 如图4-2-28所示,宽为 的平行光束从空气斜向下射到
两面平行的玻璃板上表面,入射角 ,光束中包含两
种波长的光,玻璃对这两种波长的光的折射率分别为
, 。
（1）求两种波长的光从玻璃板上表面射入玻璃板中时的折射角、 的正弦值。
【答案】
【解析】根据折射定律得
， 。
（2）为使光束从玻璃板下表面出射时能分成不交叠的两束,玻璃板的厚度 应满足什
么条件
【答案】大于
【解析】当 取某一值，有如图4-2-29所示的光路时，两束光恰好交叠，
图4-2-29
此时由几何关系可得
联立解得
则为使光束从玻璃板下表面出射时能分成不交叠的两束，应大于 。
两束光刚好不发生交叠时，在它们交界处的光线的传播情况，往往是我们要分析的
临界条件。
类型3 抓住临界光线求极值
例10 (2026·西北工业大学附属中学模拟)如图4-2-30所示，一束单色光平行 边从
边射入一个半径为、圆心角为 的扇形玻璃砖，该单色光在玻璃砖中的折射
率为，从点入射的光由玻璃砖射出后恰与 边平行。只考虑第一次射到圆弧面
上的光，则( )
C
图4-2-30
A.
B.
C.玻璃砖圆弧面上有光射出与没有光射出的部分之比为
D.换成另一频率较大的单色光平行边从 点入射到圆
弧面，光线出射后仍然与 边平行
【解析】
换成另一频率较大的单色光平行边从 点入射到圆弧面，由于该玻璃砖对不同频率
的光的折射率不同，光射到圆弧面上的位置（设为点）偏离 点，分析可知
，则光线在点的折射角不等于在 点时的入射角，由折射定律可知，
光线在点的入射角不等于在点时的折射角，所以出射光线不会与 边平行，D错误。
当光从光密介质射向光疏介质时，有可能发生全反射，而当入射角等于临界角时，
刚好发生全反射，此时的光线作为临界光线经常是解题的切入点。
核心素养聚焦
考情揭秘 素养点击
基本考查点 发生全反射的条件、全反射 与折射的综合问题。 1.结合生活中的全反射现象，理解全反
射的概念，具备相应的物理观念。
2.掌握发生全反射的条件及临界角公
式，熟练使用数学工具解决物理问题，
提升理解能力和推理论证能力。
3.知道全反射的应用，体会物理学对科
技发展的影响。
热点及难点 全反射的光路图、发生全反 射时光线范围的确定。 题型及难度 一般以选择题或计算题形式 考查，难度中等。 高考中地位 是高考的常考点。 考向1 考查发生全反射的条件的理解与应用
图4-2-31
例11 (2023·福建卷)如图4-2-31，一教师用侧面开孔的
透明塑料瓶和绿光激光器演示“液流导光”实验。瓶内
装有适量清水。水从小孔中流出后形成了弯曲的液流。
让激光水平射向小孔，使光束与液流保持在同一竖直
平面内，观察到光束沿着弯曲的液流传播。下列操作
中，有助于光束更好地沿液流传播的是( )
B
A.减弱激光强度 B.提升瓶内液面高度
C.改用折射率更小的液体 D.增大激光器与小孔之间的水平距离
本题通过“液流导光”演示实验展示光的全反射现象，考查全反射发生的条件，考查
考生结合实际情境分析物理问题的能力，体现高考稳中求新、突出基础的命题思路。
【解析】要想使光束能更好地沿液流传播，则应使更多的光在液流内发生全反射，
根据全反射临界角与折射率的关系 ，可知要达到该目的，应该增大液体的折
射率（【目的】减小临界角。）或增大激光束的入射角（【目的】使入射角大于临
界角。）。减弱激光的强度，激光束的入射角、液体的折射率均不会改变，故A不
符合题意；提升瓶内液面的高度，会造成小孔处压强增大，液流从小孔流出的初速
度增大，液流流得更远，进而增大了激光束的入射角，则会使激光束更容易在界面
处发生全反射，有助于光束更好地沿液流传播，故B符合题意；若改用折射率更小的
液体，则临界角变大，更不容易发生全反射，故C不符合题意；增大激光器与小孔之
间的水平距离不能改变液体的折射率或激光束的入射角，不能使光束更好地沿液流
传播，故D不符合题意。
. .
. .
. .
【类题链接丨变式题】
类题1 (2024·广东卷)如图4-2-32所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以
角从面射入某长方体透明均匀介质，折射光束在 面发生全反射，反射光射
向面。若 逐渐增大，两束光在 面上的全反射现象会先后消失。已知在该介
质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是( )
B
图4-2-32
A.在面上，红光比绿光更靠近 点
B. 逐渐增大时，红光的全反射现象先消失
C. 逐渐增大时，入射光可能在 面发生全反射
D. 逐渐减小时，两束光在 面折射的折射角逐渐增
大
【解析】
选项 分析 正误
A 该介质对红光的折射率小于对绿光的折射率，则光由空气射入介质中 时，绿光的偏折程度更大，根据题意可知， 面上绿光比红光更靠 近 点。
B 该介质对红光的折射率小于对绿光的折射率，根据全反射的临界角公 式可知，红光的临界角较大， 逐渐增大时，红光和绿光在 面上的入射角均减小，且红光的入射角小于绿光的入射角，所以 红光的全反射现象先消失。 √
选项 分析 正误
C 全反射现象只能在光由光密介质射入光疏介质的时候发生，所以入射 光不可能在 面发生全反射。
D 根据折射定律可知，， 逐渐减小时，两束光在 面折射 的折射角逐渐减小。
续表
考向2 考查光的折射与全反射的综合问题
图4-2-33
例13 (2024·全国甲卷)一玻璃柱的折射率 ,其横截面为四
分之一圆，圆的半径为 ，如图4-2-33所示。截面所在平面内，
一束与边平行的光线从圆弧入射。入射光线与 边的距离
由小变大，距离为时，光线进入柱体后射到 边恰好发生全
反射。求此时与 的比值。
本题考查光的折射和全反射知识，考查考生的信息获取与加工能力和逻辑推理能力，
体现了物理学科核心素养中的科学思维。
【答案】
【解析】根据题意可画出入射光线与边的距离为 时的光路图，如图4-2-34所示
图4-2-34
则由折射定律有
由全反射临界角公式有
由几何关系有,
联立解得 。
【类题链接丨变式题】
类题2 (2025·湖北卷)如图4-2-35所示，三角形是三棱镜的横截面， ,
，三棱镜放在平面镜上，边紧贴镜面。在纸面内，一光线入射到镜面
点，入射角为 ,点离点足够近，已知三棱镜的折射率为 。
图4-2-35
（1）若 ，求光线从 边射入棱镜时折射角的正弦值。
【答案】
【解析】作出光路图如图所示
由三角形内角和为 和等腰三角形特点可知 ，由几何关系
可知光线从边射入棱镜时的入射角
当 时，
根据折射定律可知，则光线从 边射入棱镜时折射角的正弦值为
。
（2）若光线从边折射后直接到达边，并在边刚好发生全反射，求此时的 值。
【答案】
【解析】由（1）问图可知光线在 边的入射角为
设临界角为,由于光线在边恰好发生全反射，故 ，由发生全反射的临界角
公式有
解得
则
根据折射定律可知，该情况下光线从 边射入棱镜时入射角的正弦值为
，可得
结合（1）问中 可知光线在边恰好发生全反射时 的值为 。
考向3 考查全反射中的临界与极值问题
图4-2-36
例13 (2024·山东卷)某光学组件横截面如图4-2-36所示，半
圆形玻璃砖圆心为点，半径为；直角三棱镜 边的延
长线过点，边平行于边且长度等于, 。
横截面所在平面内，单色光线以 角入射到 边发生折射，
折射光线垂直 边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光
的折射率均为1.5。
（1）求 ;
【答案】0.75
【解析】设光在三棱镜中的折射角为 ，则根据折射定律有
根据几何关系可得
代入数据解得 。
（2）以 角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧 可以发生全反射，求光线
在上入射点（图中未标出）到 点距离的范围。
【答案】
图4-2-37
【解析】单色光线第一次到达半圆弧 恰好发生全反射
时，光路图如图4-2-37所示，此时 达到最大值，根据全反
射临界角公式有
设点到的距离为，则根据几何关系有
又，联立解得
故光线在上的入射点到点的距离范围为 。
本题以单色光线先后入射直角三角形和半圆形玻璃砖为素材创设问题情境，主要考
查光的折射定律、全反射等知识点，解题关键是根据题目信息确定临界光线，重点
考查理解能力和推理论证能力。
建构导图明思路
第（1）问：
第（2）问：
新考法 空间思维
考法解读 通常点光源的折射和全反射在平面内都可以解决，但当光源是线状或面状
发光体时，一般会涉及立体图，需要在三维空间中进行分析。求解时可以采用微元
思想，将线状或面状发光体看成由无数个点光源组成，先重点分析特殊位置点光源
的折射和全反射，再结合整体进行推理分析。
例14 (2023·浙江6月卷)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,水的折射率,细灯带到水面的距离 ,则有光射出
的水面形状（用阴影表示）为( )
C
A. B. C. D.
考法创新 本题是一道关于光的全反射的试题，题意简洁、设计新颖，考查了全反
射知识、微元思想以及动态构图能力，学生入手容易，但要选出正确选项还需要用
几何知识严谨论证。
图4-2-38
【解析】灯带发出的光从水面射出时，发生全反射
的临界角的正弦值，则 。
取细灯带上一点光源，点光源发出的光从水面射出
时，有光射出的水面形状为圆形。设此圆的半径为
，点光源发出的光恰好发生全反射的光路图如图
4-2-38甲所示。
根据几何关系可得
一条细灯带发出的光从水面射出时，有光射出的水
面形状如图乙所示。
三条细灯带构成的直角三角形发光体发出的光从水面射出时，有光射出的水面形状
如图丙所示。
由于一个点发出的光从水面射出时能看到 的圆，光射出的水面形状为顶端
边缘为弧形的三角形，A、B错误。设直角边的长度 ，发光体两条直角边发
出的光从水面射出时，水面上有光线射出的部分在内侧重叠，重叠区域是边长为 的
正方形，由几何知识知，其对角线为，计算可知 ，故两条
直角边和三角形斜边发出的光从水面射出时有重叠，可知有光射出的水面形状为中
央区域无空缺的三角形，所以有光射出的水面形状为C。

展开更多......

收起↑