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2025版高考物理一轮复习练习题含答案解析

第1讲光的折射全反射

素养目标1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律。2.掌握发生全反射的条件并会用全反射的条件进行相关计算。

一、光的折射定律折射率

1.折射定律

(1)内容：如图1所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

图1

(2)表达式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12。

(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。

2.折射率

(1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量。

(2)定义式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。

(3)计算公式：n＝eq\f(c,v)，因为v＜c，所以任何介质的折射率都大于1。

(4)当光从真空(或空气)斜射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质斜射入真空(或空气)时，入射角小于折射角。

3.折射率的理解

(1)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。

(2)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。

(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。

二、全反射光导纤维

1.定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部消失，只剩下反射光线的现象。

2.条件：(1)光从光密介质射入光疏介质。

(2)入射角大于或等于临界角。

3.临界角：折射角等于90°时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sinC＝eq\f(1,n)。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。

4.光导纤维

光导纤维的原理是利用光的全反射，如图2所示。

图2

基础自测

1.光在某种玻璃中的传播速度是eq\r(3)×108m/s，要使光由空气射入这种玻璃，且使折射光线与反射光线之间成90°角，则入射角应是()

A.30° B.45°

C.60° D.90°

答案C

解析折射率为n＝eq\f(c,v)＝eq\r(3)，设入射角为α，则有n＝eq\f(sinα,cosα)，解得α＝60°，故选C。

2.如图3所示，一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上，光线与横截面平行，则透过玻璃柱的光线可能是图中的()

图3

A.① B.②

C.③ D.④

答案C

解析当光从空气(真空)射入玻璃时，折射角小于入射角，由图可知可排除①②；当光从玻璃射入空气(真空)时，折射角大于入射角，且折射光线与入射光线分居法线的两侧，由图可知可排除④，应选③，故C正确。

考点一折射定律和折射率的理解及应用

1.对折射率的理解

(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小，即v＝eq\f(c,n)。

(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。

(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。

2.光路的可逆性

在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射。

3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点

平行玻璃砖

三棱镜

圆柱体(球)

对光线的作用

通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移

通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折

圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折

例1(2022·江苏卷)如图4所示，两条距离为D的平行光线，以入射角θ从空气射入平静水面，反射光线与折射光线垂直，求：

图4

(1)水的折射率n；

(2)两条折射光线之间的距离d。

答案(1)tanθ(2)Dtanθ

解析(1)设折射角为r，根据几何关系可得

r＝90°－θ

根据折射定律可得n＝eq\f(sinθ,sinr)

联立可得n＝tanθ。

(2)如图所示

根据几何关系可得

d＝eq\f(D,sin（90°－θ）)·sinθ＝Dtanθ。

例2(2023·河北唐山高三期末)如图5，横截面为半径R＝6cm的半圆形透明柱体与屏幕MN相切于B点，MN垂直于直径AB，一单色光以入射角53°射向圆心O，反射光线与折射光线恰好垂直。已知光在真空中的传播速度为3×108m/s(sin53°＝0.8，cos53°＝0.6)。求：

图5

(1)介质的折射率；

(2)光线从O点照射到屏幕MN上所用的时间。

答案(1)eq\f(4,3)(2)4×10－10s

解析(1)如图所示，由几何关系可知α＋β＝90°

所以折射角β＝37°

根据折射定律可得

n＝eq\f(sin53°,sin37°)

解得n＝eq\f