第十四章光

【課標要求】

I.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、光纖技術在生產(chǎn)生

活中的應用。

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在生產(chǎn)生活中的應用。

【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

實驗: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

實驗: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)品質量安全學會展出了多種快速檢測技術,其中一項是果蔬可溶性固形

導思物（糖度）快速檢測技術，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，是果蔬產(chǎn)品分級的重要參考。請思考：

（1）光從空氣進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）光從空氣進入果蔬汁液能否發(fā)生全反射?從果蔬汁液進入空氣呢?發(fā)生全反射

需要滿足什么條作？

國知識構建

?國小題試做

1.如圖所示，光在真空和某介質的界面MN上發(fā)生折射，由圖可知（）

[A]光是從真空射入介質的

[B]光是由介質射入真空的

[C]介質的折射率為日

[D]介質的折射率為苧

【答案】B

2.關于全反射，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，因此可以認為不存在折射光線而

只有反射光線

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

[C]光從光疏介質射向光密介質時，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】D

如圖所示，當光線從空氣射入介質時，折射

光線、入射光線和法線在____________內，折

T內容］-射光線和入射光線分別位于一M兩側；

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）-反映介質的的物理量

折

折

射

射

、Jsinc/j

率

全

T計算公式卜n=v，因為He,所以任何介質的折射率

反

都________

射

光從折射率較大的介質佻密介質）射入折射率

較小的介質（光疏介質），當入射角達到某一

角度時,入射光線被反射回折射率較

大的介質中，這種現(xiàn)象稱為光的全反射

全介質射入介質

反

射或等于臨界角

折射角等于時的入射角。若光從光密介

質（折射率為八）射向真空或空氣時，發(fā)生全反

T臨界角）一

射的臨界角為C,則sinC=。介質的折射

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性質大于1全部

光密光疏大于90°-小

n

考點一光的折射定律

對折射率的理解

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

C

V=-o

n

（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。

(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,'

由幾何關系得凹面鏡半徑R=OC+CD=55mm。

方法總結

應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系，作出比較完整的光路圖。

(2)充分利用光路圖中的幾何關系，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，角從MN面射入某長方體透明均勻介質。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

［B］。逐漸增大時，紅光的全反射現(xiàn)象先消失

［C］。逐漸增大時，入射光可能在A/N面發(fā)生全反射

［D］。逐漸減小時，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)幾何關系可知綠光比紅光更靠近P點，故A錯誤;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，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，先從光硫介質射入光密介質,無論夕

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

小，故D錯誤。

［例4］【全反射的應用】（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。進入玻璃絲，在玻璃絲內部恰好發(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］內芯相對于外套是光疏介質

［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射入光疏介質，故內芯相對于外套是光密介

質，故A錯誤;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錯誤:由幾何關系sin又傳播時間為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?，F(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。點移動，發(fā)現(xiàn)當入射點移動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能射出時的光路圖如圖甲所示,

設該入射點位置為力，此時入射角為C,由幾何關系可知0/1=6cm-2cm=4cm,

由全反射規(guī)律，可知sinC-,

.....n

得〃=1.5。

(2)當該束激光入射點移動至距離球心為3cm的E點入射時，如圖乙所示，設此時入射角為

心由幾何關系可知，

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。設從球冠射出時折射角為，，由折射定律有

sine

怨飛”

可得sinZ=T=0.75O

方法點撥

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，確認界面，并畫出法線，根據(jù)反射定律、折射定律作出光路圖，結合幾何關系，具體

求解。

（3）注意兩點。

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課時作業(yè)

（滿分:60分）

一基礎對點練

對點1.光的折射定律

1.（4分）（2025?河南高考適應性考試）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〃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;光從光密介質射向

L/k5SUIT"3

光疏介質時才有可能發(fā)生全反射，當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）（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,660。,則光線a、b在玻璃磚中傳播的時間之比為（）

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C8長為/,則光線在玻璃磚中傳播的時間聯(lián)立可得光線a、b在玻璃巷中

傳播的時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行波長的選擇。如圖,一

束復色光以一定入射角，?際0）進入棱鏡后，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。若復色光含藍、綠光，已知棱鏡對藍光的

折射率大于綠光，則藍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光，當要調為綠光輸出時,需將棱鏡以過入射點。且垂直紙面

的軸（選填“順時針”或“逆時針”）轉動一小角度。

【答案】小于逆時針

【解析】根據(jù)折射定律有需〃，因為棱鏡對籃光的折射率大于綠光,所以入射角相同時，

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系時,可將轉動棱鏡轉換為

反方向轉動入射光束，若棱鏡保持不動，通過調整入射角/?使激光器從藍光輸出變?yōu)榫G光輸

出，則應調小入射角/?，即順時針轉動入射光。故人射光不動時,應逆時針轉動棱鏡。也可直

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

應調小入射角，即逆時針轉動棱鏡。

對點2.光的折射和全反射的綜合應用

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點到水池右側的水平距離為為=1.5

m。當水池裝滿水時，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?（結果用根號表示）

【答案】（嗚（2）2.25x108m/s（3）警m

【解析】（1）光線在力點的折射痢的正弦值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點發(fā)生全反射，則sin

B點與P點的水平距離x="tanC,

解得x—6?m。