第十四章光

【課標(biāo)要求】

I.通過實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)測量光的波長。

4.通過實(shí)驗(yàn)，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TI3、2023?江蘇卷T5、2023?遼寧卷T8、

2022?湖北卷TI4、2022?浙江1月選考卷TU、2022?江蘇卷T12

2024?山東卷T15、2024?全國甲卷于34、2024?甘肅卷?T10、

2024?廣東卷T6、2024,海南卷44、2023?全國甲卷?T34、

光的折射與全反2023?山東卷T16、2023湖北卷T6、2023浙江6月選考卷T13、2023湖

射的綜合應(yīng)用南卷T7、2南2?全國甲卷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

光的干涉、衍射2024?湖南卷T9、2024?廣西卷T9、2024?遼寧卷T4、2024?山東卷T4、

和偏振2023?遼寧卷T8、2023?山東卷T5、2022?山東卷T10

實(shí)驗(yàn):測量玻璃的2024?安徽卷?111、2024?浙江6月選考卷」門6、2023?海南卷?114、

折射率2023?廣東卷T11

實(shí)驗(yàn):用雙縫干涉2024?廣東卷T11、2024?河北卷T11、2024?江西卷T9、

測量光的波長2023?江蘇卷T6、2022?浙江6月選考卷T4

第1講光的折射全反射

情境北京農(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(xiàng)是果蔬可溶性固形

導(dǎo)思物（糖度）快速檢測技術(shù)，通過計(jì)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(jì)算折射率?為什么通過計(jì)

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

需要滿足什么條作？

國知識構(gòu)建

?國小題試做

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)的折射率為日

[D]介質(zhì)的折射率為苧

【答案】B

2.關(guān)于全反射，下列說法正確的是（）

[A]發(fā)生全反射時(shí)?，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(shí)，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(shí)，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?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí),在界面發(fā)生全

反射

【答案】D

如圖所示，當(dāng)光線從空氣射入介質(zhì)時(shí)，折射

光線、入射光線和法線在____________內(nèi)，折

T內(nèi)容］-射光線和入射光線分別位于一M兩側(cè)；

入射角仇的正弦值與折射角仇的正弦值成

一比

折

射

定

律

W

d表達(dá)式卜黯=而

L［可逆性）-在光的折射現(xiàn)象中,光路是的

光

的

H物理意義）-反映介質(zhì)的的物理量

折

折

射

射

、Jsinc/j

率

全

T計(jì)算公式卜n=v，因?yàn)镠e,所以任何介質(zhì)的折射率

反

都________

射

光從折射率較大的介質(zhì)佻密介質(zhì)）射入折射率

較小的介質(zhì)（光疏介質(zhì)），當(dāng)入射角達(dá)到某一

角度時(shí),入射光線被反射回折射率較

大的介質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱為光的全反射

全介質(zhì)射入介質(zhì)

反

射或等于臨界角

折射角等于時(shí)的入射角。若光從光密介

質(zhì)（折射率為八）射向真空或空氣時(shí)，發(fā)生全反

T臨界角）一

射的臨界角為C,則sinC=。介質(zhì)的折射

率越大，發(fā)生全反射的臨界角越

【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

n

考點(diǎn)一光的折射定律

對折射率的理解

（I）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

C

V=-o

n

（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。

(2)因折射光經(jīng)凹面鏡反射后沿原路返回，可知折射光線垂直于凹面鏡。如圖所示,折射光

線的反向延長線過凹面鏡的球心O,由幾何關(guān)系得ZABC=Z008=30。。

由題可知力C=15mm,C￡>=10mm,

BC的距離為BC-^-1573mm,

tanz/lBc

OC的距離為OC=tan8zC工O/?-45mm,'

由幾何關(guān)系得凹面鏡半徑R=OC+CD=55mm。

方法總結(jié)

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(diǎn)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(shí)從空氣中

沿同一路徑以，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，

反射光射向夕。面。若。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］在尸。面上，紅光比綠光更靠近P點(diǎn)

［B］。逐漸增大時(shí)，紅光的全反射現(xiàn)象先消失

［C］。逐漸增大時(shí)，入射光可能在A/N面發(fā)生全反射

［D］。逐漸減小時(shí)，兩束光在A/N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)擰射定律〃=翟，可知綠光在MN面

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(diǎn)，故A錯(cuò)誤;根據(jù)sinC,可知，紅

n

光發(fā)生全反射的臨界甬較大￡逐漸增大時(shí)，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，先從光硫介質(zhì)射入光密介質(zhì),無論夕

多大,都不可能發(fā)生全反射，故C錯(cuò)誤;。逐漸減小時(shí)，兩束光在面折射的折射角逐漸減

小，故D錯(cuò)誤。

［例4］【全反射的應(yīng)用】（2024?上海期中）（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(diǎn)。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），玻璃絲長為力C=￡,折射率為n、AB、CD代表端面，光從

44端面以某一入射角。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(xiàng)正確的是（）

［A］內(nèi)芯相對于外套是光疏介質(zhì)

［B］sin^=Vn2-l

［C］光在玻璃絲中傳播的速度為csin。

［D］光在玻璃絲中從/出湍面?zhèn)鞑サ舰叨嗣嫠玫臅r(shí)間為與

C

【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(cuò)誤;由題意〃詈*,r+C=90。,得sin%x廬子故B正確;根據(jù)〃可,光在玻璃絲中

的傳播速度為丁,:，故C錯(cuò)誤:由幾何關(guān)系sin又傳播時(shí)間為T,得/=貯心故D正

Vsin^+iXvc

確。

［例5］【折射和全反射的綜合】（2024?山東濟(jì)南二模）如圖所示為一半徑為R=6cm的透明

半球體,P。為半球體的直徑。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(diǎn)從P點(diǎn)沿直.徑PQ緩慢向。點(diǎn)移動，發(fā)現(xiàn)當(dāng)入射點(diǎn)移動2cm后,才開始有光線

從下方球冠射出,不考慮無線在半球體內(nèi)多次反射。

(1)求該半球體的折射率;

(2)若該束激光入射點(diǎn)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能射出時(shí)的光路圖如圖甲所示,

設(shè)該入射點(diǎn)位置為力，此時(shí)入射角為C,由幾何關(guān)系可知0/1=6cm-2cm=4cm,

由全反射規(guī)律，可知sinC-,

.....n

得〃=1.5。

(2)當(dāng)該束激光入射點(diǎn)移動至距離球心為3cm的E點(diǎn)入射時(shí)，如圖乙所示，設(shè)此時(shí)入射角為

心由幾何關(guān)系可知，

si■n/*=。-8-=L-<si?n七C,

..........R-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(shí)折射角為，，由折射定律有

sine

怨飛”

可得sinZ=T=0.75O

方法點(diǎn)撥

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，乜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(diǎn)，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(diǎn)。

光疏一光密:一定有反射、折射光線。

光密一光疏:如果入射角大于或等于臨界角，一定發(fā)生全反射。

A課時(shí)作業(yè)

（滿分:60分）

一基礎(chǔ)對點(diǎn)練

對點(diǎn)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△尸MN,其中邊長

與/W相等。NPA/N=30o,PM邊緊貼墻壁放置?，F(xiàn)有一束單色光垂直于邊入射,

從尸N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

（）

，/N

/?//

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

線在棱鏡PN邊的入射角仇為30。,光線在PN邊的折射角仇為60。,則該棱鏡的折解

sin02

nV5,故D正確。

sin/

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]百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g

[D]當(dāng)太陽光和水面的夾角變化時(shí),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〃包可知折射角也小，

sinr

所以直桿在池底的影長中午比早晨更短，故A正確;由超圖可知tan37。=^,解得8。=1.6m,

BD

故直桿在水面的影長為1.6m,故B錯(cuò)誤;由直桿在池底的影長EC為2.5m,可得

EF=CE~CF=0.9m,則sin.*=|，由折射率定義可得〃等4故C正確;光從光密介質(zhì)射向

L/k5SUIT"3

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

反射，故D錯(cuò)誤。

3.（4分）（2024?云南昆明三模）如圖所示為?圓柱形玻璃磚的截面。為圓心滔8為?條直徑,

光線a、b均從C點(diǎn)射入，光線a平行于光線b與光線a的夾角a=15。,兩條光線的折射

光線均經(jīng)過B點(diǎn),660。,則光線a、b在玻璃磚中傳播的時(shí)間之比為（）

0?…8

[A]y[B]乎

[C]y[D]f

【答案】B

【解析】如圖所示,

根據(jù)幾何關(guān)系可得夕=30。,根據(jù)折射定律小嗡=75,，砧=喘也遮，光線在玻璃磚中傳播的

速度丫1,設(shè)C8長為/,則光線在玻璃磚中傳播的時(shí)間聯(lián)立可得光線a、b在玻璃巷中

傳播的時(shí)間之比旦一為增故選Bo

如巴＞2

4.（6分）（2024?福建卷,10）鑲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，?際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(shí),需將棱鏡以過入射點(diǎn)。且垂直紙面

的軸（選填“順時(shí)針”或“逆時(shí)針”）轉(zhuǎn)動一小角度。

【答案】小于逆時(shí)針

【解析】根據(jù)折射定律有需〃，因?yàn)槔忡R對籃光的折射率大于綠光,所以入射角相同時(shí)，

籃光的折射甬小于綠光的折射痢。在研究光線與棱鏡的幾何關(guān)系時(shí),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/?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/?，即順時(shí)針轉(zhuǎn)動入射光。故人射光不動時(shí),應(yīng)逆時(shí)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(shí)針轉(zhuǎn)動棱鏡。

對點(diǎn)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OP0,如圖，一束光線垂直于射入,恰好在P0

界面發(fā)生全反射，則玻璃磚的折射率為（）

[A]V2[B]V3[C]乎

【答案】C

【角帛析】光路如圖所示，已知光線恰好在正三角形玻埔磚OPQ的尸。界面發(fā)生全反射,

由幾何關(guān)系可知光線在P0界面的入射角為。=60。,由sinC）,解得〃等,C正確。

n3

6.（16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(diǎn)處安裝

了一盞彩燈（彩燈可視為點(diǎn)光源）。已知池深H=2.0m,P點(diǎn)到水池右側(cè)的水平距離為為=1.5

m。當(dāng)水池裝滿水時(shí)，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A=1.8mo已知光在真空中的速度c=3xioxm/s。

（1）求水的折射率明

（2）求此在水中的速度v;

（3）如果想讓彩燈的光也能從水池左側(cè)的B點(diǎn)射出水面則B點(diǎn)與P點(diǎn)的水平距離X不能

超過多少?（結(jié)果用根號表示）

【答案】（嗚（2）2.25x108m/s（3）警m

【解析】（1）光線在力點(diǎn)的折射痢的正弦值sini=X24

，上2+力25,

入射角的正弦值sin/-='xi3

黃心+戌5,

貝”水的折射率

sinr3

（2）光在水中的速度2.25xl08m/So

71-m/s=

3

（3）若光線恰好能在B點(diǎn)發(fā)生全反射，則sin

B點(diǎn)與P點(diǎn)的水平距離x="tanC,

解得x—6?m。