【課標(biāo)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(chǎn)生的條件。初步了解光纖的工作原理、光纖技術(shù)在生產(chǎn)生

活中的應(yīng)用。

3.觀察光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象,了解這些現(xiàn)象產(chǎn)生的條件,知道其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

知道光是橫波,會用雙縫干涉實驗測量光的波長。

4.通過實驗,了解激光的特性。能舉例說明激光技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

【考情分析】

2024·福建卷·T10、2024·貴州卷·T3、2024·重慶卷·T5、2024·江

蘇卷·T6、

光的折射

2023·浙江1月選考卷·T13、2023·江蘇卷·T5、2023·遼寧卷·T8、

2022·湖北卷·T14、2022·浙江1月選考卷·T11、2022·江蘇卷·T12

2024·山東卷·T15、2024·全國甲卷·T34、2024·甘肅卷·T10、

2024·廣東卷·T6、

2024·海南卷·T4、2023·全國甲卷·T34、2023·山東卷·T16、

2023·湖北卷·T6、

光的折射與全反射的綜

2023·浙江6月選考卷·T13、2023·湖南卷·T7、2022·全國甲

合應(yīng)用

卷·T34、

2022·全國乙卷·T34、2022·遼寧卷·T5、2022·河北卷·T16、

2022·廣東卷·T16、

2022·重慶卷·T16、2022·山東卷·T7、2022·浙江6月選考卷·T8

2024·湖南卷·T9、2024·廣西卷·T9、2024·遼寧卷·T4、2024·山

光的干涉、衍射和偏振東卷·T4、

2023·遼寧卷·T8、2023·山東卷·T5、2022·山東卷·T10

實驗:測量玻璃的折射率2024·安徽卷·T11、2024·浙江6月選考卷·T16、2023·海南

卷·T14、

2023·廣東卷·T11

2024·廣東卷·T11、2024·河北卷·T11、2024·江西卷·T9、2023·江

實驗:用雙縫干涉測量光

蘇卷·T6、

的波長

2022·浙江6月選考卷·T4

第1講光的折射全反射

北京農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全學(xué)會展出了多種快速檢測技術(shù),其中一項是果蔬可溶性固形物

(糖度)快速檢測技術(shù),通過計算光的折射率得到果蔬汁液的糖度數(shù)值,能夠反映出果蔬

品質(zhì),是果蔬產(chǎn)品分級的重要參考。請思考:

(1)光從空氣進(jìn)入果蔬汁液后傳播方向如何變化?如何計算折射率?為什么通過計算光

的折射率就能得到果蔬汁液的糖度數(shù)值?

(2)光從空氣進(jìn)入果蔬汁液能否發(fā)生全反射?從果蔬汁液進(jìn)入空氣呢?發(fā)生全反射需要

滿足什么條件?

1.如圖所示,光在真空和某介質(zhì)的界面MN上發(fā)生折射,由圖可知()

[A]光是從真空射入介質(zhì)的

[B]光是由介質(zhì)射入真空的

[C]介質(zhì)的折射率為

3

[D]介質(zhì)的折射率為2

3

【答案】B3

2.關(guān)于全反射,下列說法正確的是()

[A]發(fā)生全反射時,仍有折射光線,只是折射光線非常弱,因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只

有反射光線

[B]光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時,一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象

[C]光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時,也可能發(fā)生全反射現(xiàn)象

[D]水或玻璃中的氣泡看起來特別亮,就是因為光從水或玻璃射向氣泡時,在界面發(fā)生全反射

【答案】同一平面法線正可逆光學(xué)性質(zhì)大于1全部

光密光疏大于90°小

1

?考點一光的折射定律

對折射率的理解

(1)折射率的大小不僅反映了介質(zhì)對光的折射本領(lǐng),也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小

v=。

?

?

【答案】D

(2)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān),還與光的頻率有關(guān)。同一種介質(zhì)中,頻率越大的色

光折射率越大,傳播速度越小。

(3)同一種色光,在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同,但頻率相同。

[例1]【對折射定律的理解】(多選)如圖,由a、b兩種單色光組成的復(fù)色光,通過足夠大的

長方體透明材料后分成兩束,則()

[A]a光從透明材料進(jìn)入空氣后頻率變大

[B]a光的頻率小于b光的頻率

[C]該材料對a光的折射率大于對b光的折射率

[D]該材料對a光的折射率小于對b光的折射率

【答案】BD

【解析】光的頻率由光源決定,A錯誤;由光路圖可知,入射角相同時,b光的折射角較小,

根據(jù)n=,可知a光的折射率小于b光的折射率,a光的頻率小于b光的頻率,故選項B、

sin?1

sin?2

D正確,C錯誤。

[例2]【折射定律的應(yīng)用】(2024·重慶卷,5)某同學(xué)設(shè)計了一種測量液體折射率的方案。

容器過中心軸線的剖面圖如圖所示,其寬度為16cm,讓單色光在此剖面內(nèi)從空氣入射到液

體表面的中心。調(diào)整入射角,當(dāng)反射光與折射光垂直時,測出豎直器壁上的反射光點與液體

表面的距離h,就能得到液體的折射率n,忽略器壁厚度,由該方案可知()

[A]若h=4cm,則n=

[B]若h=6cm,則n=3

4

3

[C]若n=,則h=10cm

5

4

[D]若n=,則h=5cm

3

2

【答案】B

【解析】設(shè)入射角為θ1、折射角為θ2,如圖所示,入射點到器壁的距離為x=8cm,根據(jù)幾何

關(guān)系及折射定律可得n===,代入各選項中的數(shù)據(jù)可知,B正確,A、C、D錯誤。

sin?1?8cm

sin?2??

應(yīng)用光的折射定律解決問題的思路

(1)根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關(guān)系,作出比較完整的光路圖。

(2)充分利用光路圖中的幾何關(guān)系,確定各角之間的聯(lián)系,要注意作好輔助線,特別是法線往

往起著輔助線的作用,根據(jù)折射定律求解相關(guān)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。

考點二全反射光的折射和全反射的綜合應(yīng)用

[例3]【對全反射條件的理解】(2024·廣東卷,6)如圖所示,紅綠兩束單色光,同時從空氣

中沿同一路徑以θ角從MN面射入某長方體透明均勻介質(zhì)。折射光束在NP面發(fā)生全反射,

反射光射向PQ面。若θ逐漸增大,兩束光在NP面上的全反射現(xiàn)象會先后消失。已知在該

介質(zhì)中紅光的折射率小于綠光的折射率,下列說法正確的是()

[A]在PQ面上,紅光比綠光更靠近P點

[B]θ逐漸增大時,紅光的全反射現(xiàn)象先消失

[C]θ逐漸增大時,入射光可能在MN面發(fā)生全反射

[D]θ逐漸減小時,兩束光在MN面折射的折射角逐漸增大

【答案】B

【解析】已知紅光的折射率小于綠光的折射率,根據(jù)折射定律n=,可知綠光在MN面

sin?1

sin?2

的折射角較小,根據(jù)幾何關(guān)系可知綠光比紅光更靠近P點,故A錯誤;根據(jù)sinC=可知,紅

1

?

光發(fā)生全反射的臨界角較大,θ逐漸增大時,在NP面的入射角先減小至紅光發(fā)生全反射的

臨界角,紅光的全反射現(xiàn)象先消失,故B正確;在MN面,光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì),無論θ

多大,都不可能發(fā)生全反射,故C錯誤;θ逐漸減小時,兩束光在MN面折射的折射角逐漸減

小,故D錯誤。

[例4]【全反射的應(yīng)用】(多選)光纖通信有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強(qiáng)

等多方面的優(yōu)點。如圖甲是光纖的示意圖,圖乙是光纖簡化示意圖(內(nèi)芯簡化為長直玻璃

絲,外套簡化為真空),玻璃絲長為AC=L,折射率為n,AB、CD代表端面,光從AB端面以某

一入射角θ進(jìn)入玻璃絲,在玻璃絲內(nèi)部恰好發(fā)生全反射,已知光在真空中的傳播速度為c,下

列選項正確的是()

[A]內(nèi)芯相對于外套是光疏介質(zhì)

[B]sinθ=-

2

[C]光在玻?璃絲1中傳播的速度為csinθ

光在玻璃絲中從端面?zhèn)鞑サ蕉嗣嫠玫臅r間為

[D]ABCD2L

?

【答案】BD?

【解析】發(fā)生全反射的條件是光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),故內(nèi)芯相對于外套是光密介

質(zhì),故A錯誤;由題意n==,r+C=90°,得sinθ=-,故B正確;根據(jù)n=,光在玻璃絲中

sin?12?

sin?sin??1?

的傳播速度為故錯誤由幾何關(guān)系又傳播時間為得故正

v=,C;sinC=,t=,t=2L,D

????

2

確。s???+1???

[例5]【折射和全反射的綜合】(2024·廣東茂名二模)如圖所示為一半徑為R=6cm的透

明半球體,PQ為半球體的直徑,O為半球體的球心。現(xiàn)有一束激光垂直于半球的平面射入

半球體,入射點從P點沿直徑PQ緩慢向Q點移動,發(fā)現(xiàn)當(dāng)入射點移動2cm后,才開始有光

線從下方球冠射出,不考慮光線在半球體內(nèi)多次反射。

(1)求該半球體的折射率;

(2)若該束激光入射點移動至距離球心為3cm位置入射,求光線射出半球體的折射角的正

弦值。

【答案】(1)1.5(2)0.75

【解析】(1)由題意作出剛好有光線從下方球冠射出時的光路圖如圖甲所示,

設(shè)該入射點位置為A,此時入射角為C,由幾何關(guān)系可知OA=6cm-2cm=4cm,

sinC==,

??2

?3

由全反射規(guī)律,可知sinC=,

1

?

得n=1.5。

(2)當(dāng)該束激光入射點移動至距離球心為3cm的B點入射時,如圖乙所示,

設(shè)此時入射角為r,由幾何關(guān)系可知,

sinr==<sinC,

??1

?2

得r<C,

即入射角小于臨界角,光線能直接從球冠射出。設(shè)從球冠射出時折射角為i,由折射定律有

n=,

sin?

sin?

可得sini==0.75。

3

4

求解光的折射和全反射問題的思路

(1)確定研究的光線。

該光線可能是入射光線,也可能是反射光線或折射光線;若研究的光線不明確,根據(jù)題意分

析、尋找,如臨界光線、邊界光線等。

(2)畫光路圖。

找入射點,確認(rèn)界面,并畫出法線,根據(jù)反射定律、折射定律作出光路圖,結(jié)合幾何關(guān)系,具體

求解。

(3)注意兩點。

光疏→光密:一定有反射、折射光線。

光密→光疏:如果入射角大于或等于臨界角,一定發(fā)生全反射。

(滿分:60分)

對點1.光的折射定律

1.(4分)(2025·河南高考適應(yīng)性考試)如圖,一棱鏡的橫截面為等腰三角形PMN,其中邊長

PM與PN相等?！螾MN=30°,PM邊緊貼墻壁放置。現(xiàn)有一束單色光垂△直于MN邊入射,

從PN邊出射后恰好與墻面垂直(不考慮光線在棱鏡內(nèi)的多次反射),則該棱鏡的折射率為

()

[A][B]

3

22

[C][D]

5

3

【答案】D3

【解析】根據(jù)題意作出光路圖,如圖所示,PM與PN相等,且∠PMN=30°,由幾何關(guān)系知,光

線在棱鏡PN邊的入射角θ1為30°,光線在PN邊的折射角θ2為60°,則該棱鏡的折射率

n==,故D正確。

sin?2

sin?13

2.(6分)(2024·廣東惠州三模)(多選)如圖,有一直桿豎直插入水深為1.2m水池池底,恰好有

一半露出水面,太陽光以與水平面成37°角射在水面上,測得直桿在池底的影長EC為2.5m,

取sin37°=0.6,下列說法正確的是()

[A]直桿在池底的影長中午比早晨更短

[B]直桿在水面的影長為0.9m

[C]水的折射率為

4

3

[D]當(dāng)太陽光和水面的夾角變化時,在水面上有可能發(fā)生全反射

【答案】AC

【解析】中午的太陽比早晨的位置高,光線射入水的入射角小,由n=可知折射角也小,

sin?

sin?

所以直桿在池底的影長中午比早晨更短,故A正確;由題圖可知tan37°=,解得BD=1.6m,

??

??

故直桿在水面的影長為1.6m,故B錯誤;由直桿在池底的影長EC為2.5m,可得

EF=CE-CF=0.9m,則sinr==,由折射率定義可得n==,故C正確;光從光密介質(zhì)射向

??3sin?4

??5sin?3

光疏介質(zhì)時才有可能發(fā)生全反射,當(dāng)太陽光和水面的夾角變化時,在水面上不可能發(fā)生全

反射,故D錯誤。

3.(4分)如圖所示為一圓柱形玻璃磚的截面,O為圓心,AB為一條直徑,光線a、b均從C點

射入,光線a平行于AB,光線b與光線a的夾角α=15°,兩條光線的折射光線均經(jīng)過B點,θ=60°,

則光線a、b在玻璃磚中傳播的時間之比為()

[A][B]

66

32

[C][D]

23

【答案2】B2

【解析】如圖所示,

(-)

根據(jù)幾何關(guān)系可得β=30°,根據(jù)折射定律na==,nb==,光線在玻璃磚中傳播的

sin?sin??

sin?3sin?2

速度v=,設(shè)CB長為l,則光線在玻璃磚中傳播的時間t=,聯(lián)立可得光線a、b在玻璃磚中

??

??

傳播的時間之比==,故選B。

?a?a6

bb

4.(6分)(2024·福建?卷?,102)鍍有反射膜的三棱鏡常用在激光器中進(jìn)行波長的選擇。如圖,一

束復(fù)色光以一定入射角i(i≠0)進(jìn)入棱鏡后,不同顏色的光以不同角度折射,只有折射后垂直

入射到反射膜的光才能原路返回形成激光輸出。若復(fù)色光含藍(lán)、綠光,已知棱鏡對藍(lán)光的

折射率大于綠光,則藍(lán)光在棱鏡中的折射角(選填“大于”“小于”或“等于”)綠光的

折射角;若激光器輸出的是藍(lán)光,當(dāng)要調(diào)為綠光輸出時,需將棱鏡以過入射點O且垂直紙面

的軸(選填“順時針”或“逆時針”)轉(zhuǎn)動一小角度。

【答案】小于逆時針

【解析】根據(jù)折射定律有=n,因為棱鏡對藍(lán)光的折射率大于綠光,所以入射角相同時,

sin?

sin?

藍(lán)光的折射角小于綠光的折射角。在研究光線與棱鏡的幾何關(guān)系時,可將轉(zhuǎn)動棱鏡轉(zhuǎn)換為

反方向轉(zhuǎn)動入射光束,若棱鏡保持不動,通過調(diào)整入射角i使激光器從藍(lán)光輸出變?yōu)榫G光輸

出,則應(yīng)調(diào)小入射角i,即順時針轉(zhuǎn)動入射光。故入射光不動時,應(yīng)逆時針轉(zhuǎn)動棱鏡。也可直

接根據(jù)幾何關(guān)系分析出,要使激光器從藍(lán)光輸出變?yōu)榫G光輸出,應(yīng)使綠光的折射角變小,故

應(yīng)調(diào)小入射角,即逆時針轉(zhuǎn)動棱鏡。

對點2.光的折射和全反射的綜合應(yīng)用

5.(4分)(2024·海南卷,4)一正三角形玻璃磚OPQ,如圖,一束光線垂直于OP射入,恰好在PQ

界面發(fā)生全反射,則玻璃磚的折射率為()

[A][B]

[C]2[D]23

23

【答案3】C

【解析】光路如圖所示,已知光線恰好在正三角形玻璃磚OPQ的PQ界面發(fā)生全反射,

由幾何關(guān)系可知光線在PQ界面的入射角為C=60°,由sinC=,解得n=,C正確。

123

?3

6.(14分)(2024·廣東廣州期末)為提升公園水池的觀賞效果,工作人員在池底的P點處安裝

了一盞彩燈(彩燈可視為點光源)。已知池深H=2.0m,P點到水池右側(cè)的水平距離為x1=

1.5m。當(dāng)水池裝滿水時,距離池邊x2=2.4m的工作人員恰能看到彩燈,工作人員眼部離地

的高度為h=1.8m。已知光在真空中的速度c=3×108m/s。

(1)求水的折射率n;

(2)求光在水中的速度v;

(3)如果想讓彩燈的光也能從水池左側(cè)的B點射出水面,則B點與P點的水平距離x不能

超過多少?(結(jié)果用根號表示)

【答案】(1)(2)2.25×108m/s(3)m

467

37

【解析】(1)光線在A點的折射角的正弦值sini==,

?24

22

?2+?5

入射角的正弦值sinr==,

?13

22

?1+?5

則水的折射率n==。

sin?4

sin?3

(2)光在水中的速度

8。

v==8m/s=2.25×10m/s

?3×10

4

?

(3)若光3線恰好能在B點發(fā)生全反射,則

sinC==,

13

?4

B點與P點的水平距離

x=HtanC,

解得x=m。

67

7

7.(6分)(多選)如圖所示為一正六邊形玻璃棱鏡的橫截面,其邊長為L,光源S發(fā)出的光從AB

邊上的A點與垂直于AB邊的法線成i=60°角入射,AF邊不透光,S與A點的距離為L,光線

穿過棱鏡后從ED邊上的D點射出,再傳播到接收點M,CD邊不透光,D與M點的距離也

為L。下列說法正確的是()

[A]出射光線DM與入射光線SA不平行

[B]玻璃的折射率為

[C]光在空氣中SA段傳2播的時間和在玻璃中AD段傳播的時間之比為1∶2

[D]保持光源S和六邊形位置不變,入射光線的入射點從A點移動到B點的過3程中,在AB

邊上不可能出現(xiàn)全反射現(xiàn)象

【答案】CD

【解析】由題意可知光路圖如圖所示,從D點射出時,出射角r等于從A點入射時的入射

角i,則出射光線DM與入射光線SA平行,A錯誤;

根據(jù)幾何關(guān)系可得α=30°,則