4.1 光的折射（第一課時(shí)） -2025年高二物理同步培優(yōu)講練（人教版選擇性必修第一冊）（解析版）

4.1光的折射0101學(xué)習(xí)目標(biāo)物理素養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.物理觀念：知道光的反射、折射現(xiàn)象及折射率的概念，能對簡單現(xiàn)象進(jìn)行解釋。2.科學(xué)思維：理解光的反射定律和折射定律，能夠應(yīng)用幾何知識(shí)分析物理問題。3.科學(xué)探究：經(jīng)歷光的折射定律的探究過程，體會(huì)科學(xué)探究的重要作用。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：結(jié)合生活中的光學(xué)現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的興趣。1.認(rèn)識(shí)光的反射及折射現(xiàn)象，知道法線、入射角、反射角、折射角的含義。2.通過實(shí)驗(yàn)探究，理解折射率的概念和光的折射定律。3.會(huì)測量玻璃等材料的折射率，通過實(shí)驗(yàn)體會(huì)光線模型的建構(gòu)過程。重點(diǎn)關(guān)注：①光的折射、入射角、折射角、反射角、法線、折射定律、折射率②測量玻璃的折射率002思維導(dǎo)圖003知識(shí)梳理（一）課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識(shí)一、光的反射1.反射現(xiàn)象：光從第1種介質(zhì)射到該介質(zhì)與第2種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分光返回到第1種介質(zhì)的現(xiàn)象。2.反射定律：反射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，反射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；反射角等于入射角。二、光的折射1.折射現(xiàn)象：光從第1種介質(zhì)射到該介質(zhì)與第2種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分光進(jìn)入第2種介質(zhì)的現(xiàn)象。2.折射定律：:折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12(式中n12是比例常數(shù))。光的折射定律的三個(gè)關(guān)鍵詞：“同平面”“線兩旁”“成正比”。3.在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。三、折射率1．定義:光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫作這種介質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率，即n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。2．折射率與光速的關(guān)系:某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n＝eq\f(c,v)。（二）辨析1.發(fā)生折射現(xiàn)象時(shí),入射角與折射角成正比,對嗎?【答案】不對。根據(jù)折射定律,入射角的正弦與折射角的正弦成正比。2.光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向一定發(fā)生變化嗎?【答案】光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向一般要發(fā)生變化,但并非一定要變化;當(dāng)光垂直分界面入射時(shí),光的傳播方向就不會(huì)變化。3.介質(zhì)的折射率可能小于1嗎?【答案】不可能。光在任何介質(zhì)中折射率都大于1。4.介質(zhì)的折射率隨著入射角的增大而增大嗎?【答案】介質(zhì)的折射率是反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量,它的大小只由介質(zhì)本身及光的性質(zhì)共同決定,不隨入射角、折射角的變化而變化。5.入射角是不是一定大于折射角?【答案】不一定。光從真空斜射入介質(zhì)時(shí)，入射角大于折射角;光從某介質(zhì)斜射入真空時(shí),折射角大于入射角;當(dāng)光垂直界面入射時(shí),折射角等于入射角。004題型精講【題型一】光的折射【點(diǎn)撥】【點(diǎn)撥】解決光的折射問題的基本思路(1)根據(jù)題意正確畫出光路圖。(2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系,注意入射角、反射角、折射角的確定。(3)利用反射定律、折射定律求解。(4)注意光路的可逆性的利用。特別提醒:畫光路圖時(shí)應(yīng)注意的問題(1)光路是可逆的。(2)垂直界面入射的光線,折射光線與入射光線在同一直線上。(3)過半圓形玻璃磚圓心的光線在圓弧處不偏折?！镜湫屠}1】（23-24高二下·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=2m，P點(diǎn)到水池右側(cè)的水平距離為當(dāng)水池裝滿水時(shí)，距離池邊x?=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（1）求水的折射率n；（2）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(diǎn)射出水面，則B點(diǎn)與P點(diǎn)的水平距離L不能超過多少。（結(jié)果用根號表示）【答案】（1）；（2）；（3）【詳解】（1）光線在A點(diǎn)的折射角入射角則折射率（2）光在水中的速度（3）若光線恰好能在B點(diǎn)發(fā)生全反射，則B點(diǎn)與P點(diǎn)的水平距離解得【對點(diǎn)訓(xùn)練1】（2024·廣東·模擬預(yù)測）義眼（俗稱人工假眼）可看成一個(gè)折射率為、半徑為R的透光球體，如圖所示，球心為O。有兩條與中軸線平行的單色光分別從眼眶邊緣的A、B兩點(diǎn)進(jìn)入眼球，A、B關(guān)于軸線對稱，最終兩條光線恰相交于球面上同一點(diǎn)C。求：（1）兩條光線之間的距離；（2）光在眼球中傳播的時(shí)間t（不考慮光在C處的反射）。【答案】（1）；（2）【詳解】（1）光發(fā)生折射時(shí)的法線分別為OA與OB，令空氣中的入射角和介質(zhì)中的折射角分別為和，則有根據(jù)幾何關(guān)系可知，解得，，（2）根據(jù)折射率與光速的關(guān)系式有光在眼球中傳播的距離則光在眼球中傳播的時(shí)間結(jié)合上述解得【題型二】折射率【點(diǎn)撥】【點(diǎn)撥】1．對折射率的理解(1)折射率，θ1為真空中的光線與法線的夾角，不一定為入射角；而θ2為介質(zhì)中的光線與法線的夾角，也不一定為折射角。(2)折射率n是反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量，它的大小由介質(zhì)本身和光的頻率共同決定，與入射角、折射角的大小無關(guān)，與介質(zhì)的密度沒有必然聯(lián)系。2．折射率與光速的關(guān)系(1)光在介質(zhì)中的傳播速度v跟介質(zhì)的折射率n有關(guān)，光在真空中的傳播速度c最大，在其他介質(zhì)中的傳播速度都小于c。(2)由知，某種介質(zhì)的折射率越大，光在該介質(zhì)中的傳播速度越小?！镜湫屠}1】（22-23高二下·廣西貴港·期末）半徑為R的半圓柱玻璃磚的截面如圖所示，O點(diǎn)為圓心，與直徑AB垂直，一束與成θ角的光線在O點(diǎn)反射、折射后，在緊靠玻璃磚且與AB垂直的光屏上形成兩個(gè)光斑C、D。已知反射光線與折射光線垂直，，此玻璃磚的折射率為（）A． B． C． D．【答案】B【詳解】根據(jù)題意作出光路圖如圖所示已知反射光線與折射光線垂直，根據(jù)幾何關(guān)系可知折射角為根據(jù)折射定律可得此玻璃磚的折射率為故選B。【對點(diǎn)訓(xùn)練1】（四川省廣安市2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期7月期末物理試題）如圖所示，矩形水槽ABCD高，寬。槽內(nèi)沒有裝任何物質(zhì)時(shí)，一束散光從槽的上邊緣A射向槽底底角C；當(dāng)槽內(nèi)裝滿某種液體時(shí)，這束散光經(jīng)折射后射到水槽底部的P點(diǎn)。已知P點(diǎn)到水槽的底部B點(diǎn)的距離，則該液體對激光的折射率為（

）A． B． C． D．【答案】A【詳解】根據(jù)折射定律可知由幾何關(guān)系有,聯(lián)立解得故選A。005強(qiáng)化訓(xùn)練【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．（2024·遼寧朝陽·三模）如圖所示的光現(xiàn)象中，由于光的反射形成的是（

）A．水中的倒影 B．墻上的手影C．太陽光色散 D．“折斷”的鉛筆【答案】A【詳解】A．水中的“倒影”屬于平面鏡成像，平面鏡成像是利用光的反射原理，故A正確；B．墻上的手影，影子的形成利用了光沿直線傳播的原理，故B錯(cuò)誤；C．太陽光色散是光發(fā)生折射的結(jié)果，故C錯(cuò)誤；D．水中鉛筆變彎折，這是光的折射，故D錯(cuò)誤。故選A。2．（23-24高二下·湖南湘西·期末）（多選）如圖所示，彩虹在水中的倒影十分清晰。關(guān)于彩虹的成因及倒影，下列說法正確的是（）A．彩虹的成因是光的反射 B．彩虹的成因是光的折射C．彩虹的倒影是由光的折射引起的 D．彩虹的倒影是由光的反射引起的【答案】BD【詳解】AB．彩虹的成因是光的折射引起的，故A錯(cuò)誤，B正確；CD．倒影的形成是因?yàn)楣庠谒嫔习l(fā)生了反射，故C錯(cuò)誤，D正確。故選BD。3．（23-24高二下·新疆克孜勒蘇·期末）（多選）如圖所示，兩束不同頻率的平行單色光a、b從水射入空氣（空氣折射率為1）發(fā)生如圖所示的折射現(xiàn)象（），下列說法正確的是（

）A．水對a的折射率比水對b的折射率小B．在空氣中的傳播速度C．在水中的傳播速度D．當(dāng)a、b入射角為0°時(shí)，沒有光線進(jìn)入空氣中【答案】AC【詳解】ABC．由于所以折射率小于，由于知，在水中的傳播速度在空氣中的傳播速度都是，故錯(cuò)誤，AC正確；D．當(dāng)a、b入射角為時(shí)，光線垂直分界面進(jìn)入空氣，故D錯(cuò)誤。故選AC。4．（23-24高二下·山西太原·期末）一束光線射到玻璃球過球心O的截面上，入射角為60°。光線的傳播路徑如圖，出射光線恰好與AO平行，則該光線在玻璃中的折射率為（）A． B． C．2 D．1.5【答案】A【詳解】做出光路圖如圖設(shè)在A點(diǎn)入射后折射角為，因?yàn)槭堑妊切危杂晒饴房赡嬷?，在B點(diǎn)出射光線的出射角為60°，由幾何關(guān)系知得由折射定律有故選A。5．（23-24高二下·陜西榆林·期末）某同學(xué)利用如圖所示的玻璃球（球心為O）模擬彩虹的形成。一束單色光從A點(diǎn)以入射角射入玻璃球，折射后在B點(diǎn)發(fā)生反射，在C點(diǎn)再次折射后從玻璃球中射出，其中，玻璃球的半徑為R，已知真空中的光速為c。單色光在玻璃球中沿路徑傳播的時(shí)間為（）A． B． C． D．【答案】D【詳解】過OB做輔助線交圓周，如圖所示由幾何關(guān)系可知，該光折射角為，由題意可知，入射角為，由折射定律得折射率為由幾何關(guān)系可知，有由于對稱性，所以光線運(yùn)動(dòng)的距離為光在玻璃中的速度為v，有光在玻璃磚中的時(shí)間為t，有故選D。6．（23-24高二下·吉林長春·期末）等腰三棱鏡的頂角為，一束光在空氣中垂直棱鏡的一個(gè)腰射入棱鏡，從另一個(gè)腰射出，出射光線偏離原來光線方向角，如圖所示，則該束光在棱鏡和空氣中的傳播速度之比為（）A． B． C． D．【答案】A【詳解】根據(jù)折射定律有所以該束光在棱鏡和空氣中的傳播速度之比為故選A。7．（23-24高二下·廣東江門·期末）江門新會(huì)陳皮茶有消暑、理氣健脾等功效。如圖所示為一杯沒有滿的陳皮茶，現(xiàn)用一束激光從A點(diǎn)發(fā)射，剛好從陳皮茶的上表面B點(diǎn)射入，激光射在杯子底面最左端的C點(diǎn)，過B點(diǎn)做底邊CE的垂線交于D點(diǎn)。DE的長度，CD的長度，AB與BC的長度相等都是，求：（1）陳皮茶的折射率n；（2）激光從B到C的時(shí)間與從A到B的時(shí)間比值?！敬鸢浮浚?）；（2）【詳解】（1）入射角的正弦值為折射角的正弦值為根據(jù)折射定律，陳皮茶的折射率為（2）激光從B到C的時(shí)間激光在水中的傳播速度為激光從A到B的時(shí)間激光從B到C的時(shí)間與從A到B的時(shí)間比值【素養(yǎng)提升】8．（23-24高二下·吉林·期末）（多選）如圖所示，一束黃光自空氣射入水中，入射光線經(jīng)過A點(diǎn)，折射光線經(jīng)過B點(diǎn)，入射點(diǎn)沒有畫出，實(shí)線以上為空氣，實(shí)線以下為水，A、B連線與實(shí)線交于O點(diǎn)，下列說法正確的是（）A．入射點(diǎn)在O點(diǎn)左側(cè)B．黃光從空氣中射入水中時(shí)，波長變長C．該光路與魚看人的光路相似，人的像偏低D．若入射光是一束紅光，則折射光線有可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)【答案】AD【詳解】A．光由空氣射入水中折射時(shí)折射角小于入射角，設(shè)入射點(diǎn)為，畫出光的光路圖如圖所示可知入射點(diǎn)在O點(diǎn)左側(cè)，故A正確；B．根據(jù)可知，黃光從空氣中射入水中時(shí)，傳播速度減小，頻率不變，根據(jù)可知，波長變短，故B錯(cuò)誤；C．該光路與魚看人的光路相似，人的像偏高，故C錯(cuò)誤；D．若入射光是一束紅光，水對紅光的折射率小于黃光的折射率，根據(jù)折射定律可知，紅光的偏折程度小于黃光的偏折程度，則折射光線有可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)，故D正確。故選AD。9．（2024·重慶·高考真題）某同學(xué)設(shè)計(jì)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(shí)，測出豎直器壁上的反射光點(diǎn)與液體表面的距離h，就能得到液體的折射率n。忽略氣壁厚度，由該方案可知（

）A．若h=4cm，則 B．若h=6cm，則C．若，則h=10cm D．若，則h=5cm【答案】B【詳解】根據(jù)幾何關(guān)系畫出光路圖，如圖所示標(biāo)注入射角θ1，折射角θ2，根據(jù)折射定律可得A．若，則，故A錯(cuò)誤；B．若，則，故B正確；C．若，則，故C錯(cuò)誤；D．若，則，故D錯(cuò)誤。故選B。10．（23-24高二下·貴州六盤水·期末）如圖所示，一束由兩種單色光組成的復(fù)色光，以的入射角沿AO方向從真空射入兩面平行的玻璃磚，在玻璃磚中分散成OB、OC兩束，設(shè)光束OB、OC的波長分別為、，頻率分別為、，在玻璃磚中傳播速率分別為、，傳播時(shí)間分別為、。則（）A． B． C． D．【答案】D【詳解】AB.由圖知，折射角由知折射率,故波長,且故AB錯(cuò)；C.由,得故C錯(cuò)誤；D.設(shè)玻璃磚寬度為d，光在玻璃中傳播的路程為l，由由則解得故D正確。故選D。11．（23-24高二下·安徽阜陽·期末）如圖所示，一光學(xué)器材的橫截面為一直角梯形，其中AB平行于DE，。一平行于底邊DE的單色光從AE邊的中點(diǎn)M射入該光學(xué)器材，恰好從BD邊的中點(diǎn)Q（圖中未畫出）射出該光學(xué)器材。已知，，光在真空中的傳播速度大小為，求：（1）該光學(xué)器材的折射率；（2）該單色光在該光學(xué)器材中的傳播時(shí)間。（不考慮多次反射）【答案】（1）；（2）【詳解】（1）根據(jù)題意畫出對應(yīng)的光路圖如圖所示根據(jù)幾何關(guān)系可得由于，則故根據(jù)折射定律，該光學(xué)器材的折射率（2）該單色光在該光學(xué)器材中的傳播路程為該單色光在該光學(xué)器材中的傳播速度為該單色光在該光學(xué)器材中的傳播時(shí)間為【能力培優(yōu)】12．（24-25高一上·浙江·開學(xué)考試）如圖所示，平面鏡正以的速度繞垂直于紙面的軸O勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，為一段圓心在O點(diǎn)的圓弧形屏幕，其所對圓心角，有一束來自頻閃光源的平行光束通過狹縫S射向平面鏡M上的O點(diǎn)，已知光源每秒閃動(dòng)次，則屏幕上內(nèi)最多可能出現(xiàn)的光斑次數(shù)為（）A．1次 B．3次 C．4次 D．12次【答案】C【詳解】根據(jù)平面鏡成像特點(diǎn)和光的反射定律可知，當(dāng)平面鏡以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反射光線轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為。已知平面鏡繞垂直于紙面的軸以的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，則反射光線的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為，圓弧形屏幕張角為，反射光線經(jīng)過的時(shí)間為，則光源閃動(dòng)次。如果光源開始閃動(dòng)時(shí)，光點(diǎn)恰好在A點(diǎn)，則上就會(huì)出現(xiàn)4次光斑，C正確。故選C。13．（23-24高一上·安徽蕪湖·自主招生）內(nèi)表面只反射而不吸收光的圓筒內(nèi)有一半徑為R的黑球，距球心為2R處有一點(diǎn)光源S，球心O和點(diǎn)光源S皆位于圓筒的軸線上，如圖所示。若使點(diǎn)光源向右半邊發(fā)出的光線最后全被黑球吸收，則圓筒的半徑r最大為（

）A． B． C．R D．【答案】A【詳解】若使點(diǎn)光源向右半邊發(fā)出的光線最后全被黑球吸收，則圓筒的半徑r最大如圖所示由幾何關(guān)系可知可得則可得最大半徑故選A。14．（23-24高二下·北京海淀·期末）某種手機(jī)防窺膜由透明介質(zhì)和對光完全吸收的屏障構(gòu)成，如