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高考物理總復習課件
第十五章 光學、電磁波與相對論
第1節 光的折射 全反射
一、光的折射定律
改變
1.折射現象：光從一種介質進入另一種介質時傳播方向______
的現象.
2.折射定律.
折射角
(1)內容：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內，折射
光線與入射光線分別位于法線的兩側；入射角的正弦與________
______成正比.
sin θ1
sin θ2
＝n12(θ1、θ2 分別為入射角和折射角，n12 是
(2)表達式：
比例常數).
的正弦
二、折射率
入射角的正弦
折射角的正弦
1.定義：光從真空射入某種介質發生折射時，_____________
與______________之比，叫做這種介質的折射率.
2.定義式：n＝________.折射率由介質本身的光學性質和光的
頻率決定.
sin θ1
sin θ2
3.計算公式：n＝________，因為 v＜c，所以任何介質的折射
率都大于________.
偏折程度
對兩種介質來說，若 n1>n2，則折射率為 n1 的介質稱為______
介質，折射率為 n2 的介質稱為光疏介質.
4.物理意義：折射率是表示光從一種介質進入另一種介質時，
發生____________的物理量，與入射角θ1 及折射角θ2 的大小無關.
c
v
1
光密
三、全反射
入射角
光密
大于或等于
1.定義：光從光密介質入射到光疏介質的分界面上時，當____
__________增大到某一角度時，折射光線消失，只剩下反射光線的
現象.
2. 條件：①光從____________ 介質射向光疏介質；②入射角
____________臨界角.
1
n
為 n)射向真空或空氣時，發生全反射的臨界角為 C，則 sin C＝____.
4.應用：全反射棱鏡、____________.
光導纖維
3.臨界角：折射角等于 90°時的入射角.若光從光密介質(折射率
四、光的色散、棱鏡
1.光的色散：含有多種顏色的光被分解為單色光的現象叫做光
的色散.白光通過三棱鏡會分解為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七
種單色光.
2.光譜：含有多種顏色的光被分解后，各種色光按其波長有序
的排列.
3.棱鏡.
(1)定義：截面是三角形的玻璃儀器，可以使光發生色散，白
光的色散表明各色光在同一介質中的折射率不同.
(2)三棱鏡對光線的作用：改變光的傳播方向，使復色光發生
色散.
【基礎自測】
1.判斷下列題目的正誤.
(1)光的傳播方向發生改變的現象叫光的折射.(
)
(2)折射率跟折射角的正弦成正比.(
)
(3)只要入射角足夠大，就能發生全反射.(
)
(4)若光從空氣中射入水中，它的傳播速度一定減小.(
)
(5)已知介質對某單色光的臨界角為 C，則該介質的折射率等
于
1
.(
sin C
)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√
2.如果光以同一入射角從真空射入不同介質，則折射率越大的
介質(
)
A.折射角越大，表示這種介質對光的偏折作用越大
B.折射角越大，表示這種介質對光的偏折作用越小
C.折射角越小，表示這種介質對光的偏折作用越大
D.折射角越小，表示這種介質對光的偏折作用越小
解析：根據折射定律 n＝
sin θ1
sin θ2
，當光以同一入射角從真空向
介質入射時，sin θ1 一定，n 越大，sin θ2 就越小，θ2 越小，說明光
偏離原來的傳播方向角度就越大.
答案：C
3.如圖 15-1-1 是同一單色光從介質 a 射向介質 b 時的光路圖，
由此可知(
)
圖 15-1-1
A.a 是光密介質，b 是光疏介質
B.增大入射角，光在界面可能發生全反射
C.光在介質 a 中的頻率大于在介質 b 中的頻率
D.光在介質 a 中的傳播速度大于在介質 b 中的傳播速度
解析：結合光路圖可判定入射角大于折射角，可知介質 a 是
光疏介質，b 是光密介質，A 錯誤.全反射發生在從光密介質到光
疏介質過程，B 錯誤.同一單色光在不同介質中傳播，頻率不變，
即光在介質 a 中的頻率等于在介質 b 中的頻率，C 錯誤.由折射率
介質 b 中的傳播速度，D 正確.
答案：D
4.(2022 年廣東惠州調研)如圖 15-1-2 是網絡信號在一段光纖
中傳播的示意圖，則下列說法正確的是(
)
圖 15-1-2
A.纖芯的折射率應小于外包層的折射率，才能使光信號在二
者之間的界面處發生全反射
B.增大左端面的入射角θ，外包層與纖芯之間的界面處發生全
反射的臨界角隨之增大
C.增大左端面的入射角θ，左端面的折射角隨之增大
D.增大左端面的入射角θ，纖芯的折射率隨之增大
解析：纖芯的折射率應大于外包層的折射率，才能使光信號
在二者之間的界面處發生全反射，A 錯誤.根據全反射臨界角公式
本身性質有關，與入射角θ無關，增大左端面的入射角θ，纖芯的
折射率不變，外包層與纖芯之間的界面處發生全反射的臨界角不
增大左端面的入射角θ，纖芯的折射率不變，左端面的折射角隨之
增大，C 正確.
答案：C
熱點 1 折射現象與折射率
[熱點歸納]
1.對折射率的理解.
(1)折射率大小不僅反映了介質對光的折射本領，也反映了光
(2)折射率的大小不僅與介質本身有關，還與光的頻率有關.同
一種介質中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小.
(3)同一種色光，在不同介質中雖然波速、波長不同，但頻率
相同.
類型 平行玻璃磚 三棱鏡 圓柱體(球)
結構 玻璃磚上、下表面
是平行的 橫截面為三角形的
三棱鏡 橫截面是圓
對光線
的作用
通過平行玻璃磚的
光線不改變傳播方
向，但要發生側移
通過三棱鏡的光線
經兩次折射后，出
射光線向棱鏡底面
偏折
圓界面的法線是
過圓心的直線，
經過兩次折射后
向圓心偏折
2.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制：
類型 平行玻璃磚 三棱鏡 圓柱體(球)
應用 測定玻璃的折射率
全反射棱鏡，改變
光的傳播方向 改變光的傳播方
向
(續表)
考向 1 折射定律的應用
【典題 1】(2023 年江蘇聯考)如圖 15-1-3所示，在“測玻璃磚
折射率”實驗中，平行玻璃磚 abcd 與屏 P 平行放置，從另一側用
激光筆以一定角度照射玻璃磚上 O 點，此時在屏上的 S1 處有激光
點，移走玻璃磚，激光點移到 S2 處，A、B 為玻璃磚 ad 邊上的兩
點，其中 OA 與 ad 邊垂直，B 點是線段 OS2 與 ad 的交點，已經測
出 AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，則玻璃磚的折射率 n 是(
)
圖 15-1-3
解析：根據題意畫出光路圖如圖 D72 所示.
設在 C 點光線入射角為θ、折射角為α，則
根據折射定律有 n sin θ＝sin α，由于射入玻璃磚
的入射角等于射出玻璃磚的折射角，則 S1S2 ＝
圖 D72
答案：C
考向 2 平行玻璃磚對光路的控制
【典題 2】(2023年江西九江二模)如圖15-1-4 所示，一玻璃工
件的橫截面是邊長為 L 的正方形，在工件右側與 CD 邊相距 L 處
放置一平行于 CD 邊的光屏.一束單色光從 AB
邊的中點 O 以入射角α＝60°斜向上射入工件內
部，CD 邊的中點 O′有光透出，光屏上出現兩個
光點，光在真空中的傳播速度為 c，求：
圖 15 1-4
(1)光屏上兩個光點之間的距離.
(2)光屏上最早出現兩個光點的時間差.
解：(1)光路圖如圖 D73 所示.
圖 D73
考向 3 三棱鏡對光路的控制
【典題 3】(2023 年浙江卷)如圖 15-1-5所示為一斜邊鍍銀的等
腰直角棱鏡的截面圖.一細黃光束從直角邊 AB 以角度θ入射，依次
經 AC 和 BC 兩次反射，從直角邊 AC 出射.出射光線相對于入射光
)
線偏轉了α角，則α(
A.等于 90°
B.大于 90°
C.小于 90°
D.與棱鏡的折射率有關
圖 15-1-5
解析：題圖已經畫出此過程中光的傳播路徑，通過 BC 作出
△ABC 的對稱圖形，如圖 D74 所示.根據對稱性可知，從 CD 邊射
出的光線與法線的夾角也為θ，所以光線從 AC 射出時與法線的夾
角也為θ.由于垂直于 AB 的法線與垂直于 AC 的法線
相互垂直，根據數學知識(一個角的兩邊與另一個角
的兩邊互相垂直，這兩個角相等或互補)可知，從
AC 邊射出的光線與入射光線相互垂直，故出射光線
圖 D74
相對于入射光線偏轉角α＝90°，選 A.
答案：A
R，BQ＝R.則玻璃磚
考向 4 透明球對光的控制
【典題 4】(2022 年廣東潮州二模)如圖15-1-6 所示，半圓形玻
璃磚放在水平地面上，玻璃磚最低點 B 與地面接觸，平面 AC 水
平.一束由紅光和紫光兩種單色光組成的復合光斜射到圓心 O，方
向與平面 AC成θ＝30°角，光線經玻璃磚折射后照射在地面上留下
兩個亮點 P、Q，測得BP＝
對紅光折射率為________.若不考慮光的反射，光
在真空中的傳播速度為 c，則兩種單色光在玻璃磚
中傳播的時間差為________.
圖 15-1-6
解析：紫光的折射率大，紅光的折射率小，所
以 P 是紫光，Q 是紅光.設入射角為 i，紅光折射角
為 β，紫光折射角為 α，光路如圖 D75 所示.
圖 D75
解得 α＝30°
熱點 2 全反射現象的理解及應用
[熱點歸納]
1.求解光的折射、全反射問題的四點提醒：
(1)光密介質和光疏介質是相對而言的.同一種介質，相對于其
他不同的介質，可能是光密介質，也可能是光疏介質.
(2)如果光線從光疏介質進入光密介質，則無論入射角多大，
都不會發生全反射現象.
(3)在光的反射和全反射現象中，均遵循光的反射定律，光路
均是可逆的.
(4)當光射到兩種介質的界面上時，往往同時發生光的折射和
反射現象，但在全反射現象中，只發生反射，不發生折射.
2.解決全反射問題的一般方法：
(1)確定光是從光密介質進入光疏介質.
(3)根據題設條件，判定光在傳播時是否發生全反射.
(4)如發生全反射，畫出入射角等于臨界角時的臨界光路圖.
(5)運用幾何關系或三角函數關系以及反射定律等進行分析、
判斷、運算，解決問題.
化，即 v＝ .
3.求解全反射現象中光的傳播時間的一般思路：
(1)全反射現象中，光在同種均勻介質中的傳播速度不發生變
c
n
(2)全反射現象中，光的傳播路程應結合光路圖與幾何關系進
行確定.
考向 1 全反射中的臨界問題
【典題 5】(多選)截面為等腰直角三角形的三棱鏡如圖 15-1-7
甲所示.DE 為嵌在三棱鏡內部緊貼 BB′C′C 面的線狀單色可見光光
源，DE 與三棱鏡的 ABC 面垂直，D 位于線段 BC 的中點.圖乙為
圖甲中 ABC 面的正視圖.三棱鏡對該單色光的折射率為 ，只考慮
由 DE 直接射向側面 AA′C′C 的光線.下列說法正確的是(
)
甲
乙
圖 15-1-7
C.若 DE 發出的單色光頻率變小，AA′C′C 面有光出射的區域
面積將增大
D.若 DE 發出的單色光頻率變小，AA′C′C 面有光出射的區域
面積將減小
出的光，豎直向上從 M 點射出的光線恰好是出射光線的邊緣，同
時 C 點也恰好是出射光線的邊緣，如圖 D76 所示，因此光線只能
從 MC 段射出，根據幾何關系可知，M 恰好為 AC 的中點，因此
在 AA′C′C 平面上有一半的面積有光線射出，故 A 正確，B 錯誤.
由于頻率越高，折射率越大，當光源發出的光的頻率變小，折射
率也會變小，導致臨界角會增大，這時 M 點上方也會有光線出射，
因此出射光線區域的面積將增大，故 C 正確，D 錯誤.
圖 D76
答案：AC
R，光
考向 2 折射定律與全反射綜合
【典題 6】(多選，2023 年廣東湛江一模)夜晚高速公路的路標
在燈光的照射下特別亮，主要是因為使用了由大量均勻透明介質
球組成的反光材料.如圖 15-1-8 所示，介質球的球心位于 O 點，半
徑為 R.平行于直徑 AOB 的單色光從空氣射入介質球，其中一條光
線沿 CD 射入球體，在球內表面經一次反射后，再次折射回空氣
中時出射光線恰好與 CD 平行.已知 CD與 AB 間的距離為
在真空中的傳播速度為 c，則(
)
圖 15-1-8
A.光線經過一次折射一定射到 B 點
B.光線經過一次折射對應的折射角為 45°
解析：根據題意畫出光路圖如圖 D77 所示.光線經過一次折射一定
幾何關系可知 i＝2r，解得 r＝30°，B 錯誤.由折射定
圖 D77
錯誤.
答案：AC
謝謝
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