新高考物理二轮复习——光的折射和全反射学案

这是一份新高考物理二轮复习——光的折射和全反射学案，共8页。

热点突破
命题点1 平行玻璃砖问题
考题示例1 [生产生活类]
（2025·四川·历年真题）（多选）某款国产手机采用了一种新型潜望式摄像头模组。如图所示，模组内置一块上下表面平行（θ＜45°）的光学玻璃。光垂直于玻璃上表面入射，经过三次全反射后平行于入射光射出。则（ ）
A．可以选用折射率为1.4的光学玻璃
B．若选用折射率为1.6的光学玻璃，θ可以设定为30°
C．若选用折射率为2的光学玻璃，第二次全反射入射角可能为70°
D．若入射光线向左移动，则出射光线也向左移动
答案：CD
解析：A．因为1.4＜，故当选用折射率为1.4的光学玻璃时，根据sin C＝
可知sin C＞，即C＞45°
根据几何知识可知光线第一次发生全反射时的入射角为θ＜45°＜C，故选用折射率为1.4的光学玻璃时此时不会发生全反射，故A错误；
B．当θ＝30°时， 此时入射角为30°， 选用折射率为1.6的光学玻璃时， 此时的临界角为sin C＝＝0.625＞0.5＝sin 30°，故C＞30°，故此时不会发生全反射，故B错误；
C．若选用折射率为2的光学玻璃，此时临界角为sin C＝，即C＝30°，此时光线第一次要发生全反射，入射角一定大于30°，即第一次发生全反射时的入射光线和反射光线的夹角一定大于60°，根据几何关系可知第一次发生全反射时的入射光线和反射光线的夹角等于第二次全反射入射角，故可能为70°，故C正确；
D．若入射光线向左移动，可知第一次全反射时的反射光线向左移动，第二次全反射时的反射光线向左移动，同理，第三次全反射时的反射光线向左移动，即出射光线向左移动，故D正确。
故选CD。
跟踪训练1 [生产生活类]
（2025·云南·历年真题）用光学显微镜观察样品时，显微镜部分结构示意图如图甲所示。盖玻片底部中心位置O点的样品等效为点光源，为避免O点发出的光在盖玻片上方界面发生全反射，可将盖玻片与物镜的间隙用一滴油填充，如图乙所示。已知盖玻片材料和油的折射率均为1.5，盖玻片厚度d＝2.0 mm，盖玻片与物镜的间距h＝0.20 mm，不考虑光在盖玻片中的多次反射，取真空中光速c＝3.0×108 m/s，π＝3.14。
（1）求未滴油时，O点发出的光在盖玻片的上表面的透光面积（结果保留2位有效数字）；
（2）滴油前后，光从O点传播到物镜的最短时间分别为t1、t2，求t2－t1（结果保留2位有效数字）。
答案：解：（1）恰好发生全反射时，sin C＝，解得sin C＝，
由几何关系可知，透光部分为圆形，透光半径r＝dtan C，又tan C＝＝，
解得r＝×10－3 m
透光面积S＝πr2＝1.0×10－5 m2
（2）根据n＝，解得光在盖玻片和油中传播速度v＝2×108 m/s
未滴油时，光在盖玻片中传播的最短路程为d，在空气中传播的最短路程为h，即t1＝滴油后，光在盖玻片中传播的最短路程为d，在油中传播的最短路程为h，即t2＝
带入数据，解得t2－t1＝3.3×10－13 s
反思提升
平行玻璃砖问题的解题方法：
1．通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移。可以充分利用入射光线的入射角和出射光线的出射角相等的条件来解题；
2．充分利用（i＞α）、、三个公式；
注意：只有光密到光疏并且入射角大于或等于临界角才会发生全反射。
命题点2 三角形玻璃砖问题
考题示例2
（2025·湖北·历年真题）如图所示，三角形ABC是三棱镜的横截面，AC＝BC，∠C＝30°，三棱镜放在平面镜上，AC边紧贴镜面。在纸面内，一光线入射到镜面O点，入射角为α，O点离A点足够近。已知三棱镜的折射率为。
（1）若α＝45°，求光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值。
（2）若光线从AB边折射后直接到达BC边，并在BC边刚好发生全反射，求此时的α值。
答案：（1）光路图如图甲所示：∠C＝30°，AC＝BC，则∠BAC＝∠B＝75°
当α＝45°时，由几何关系可知，光线在AB边上的入射角i＝90°－(∠BAC－∠1)＝60°
由折射定律有n＝，解得sin r＝
（2）光在BC边上恰好发生全反射时，入射角等于临界角，光路图如图乙所示：
sin θ＝sin C＝＝，则θ＝45°
由几何关系可知，光在AB边上的折射角为r1＝180°－(180°－∠B)－θ＝30°
由折射定律有n＝，解得i1＝45°，由几何关系可得α＝60°
跟踪训练2
（2023·浙江·历年真题）如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边AB以角度θ入射，依次经AC和BC两次反射，从直角边AC出射。出射光线相对于入射光线偏转了α角，则α（ ）
A．等于90°B．大于90°
C．小于90°D．与棱镜的折射率有关
答案：A
解析：如图所示
设光线在AB边的折射角为β，根据折射定律可得n＝
设光线在BC边的入射角为φ，光线在AC边的入射角为r，折射角为i；
由反射定律和几何知识可知β＋φ＝45°，β＋2φ＋r＝90°
联立解得r＝β
根据折射定律可得＝n，可得i＝θ
过D点做出射光的平行线，则该平行线与AB的夹角为θ，由几何知识可知，入射光与出射光的夹角为90°。故选A。
反思提升
三角形玻璃砖问题的解题方法总结：
1．题型简述：三角形玻璃砖（也称三棱镜）是指横截面为三角形的玻璃砖，其横截面可分为：一般三角形、直角三角形、等腰三角形、等边三角形等多种。如图所示，通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折。
说明：①调节入射角θ，光线在AC面的出射方向会改变，可能在AC面上发生全反射。
②两种特殊入射方向：光线平行于BC边射入、光线垂直于AB边射入。注意两种情况光线在另一个面上可能发生全反射。
2．方法突破
命题点3 圆形或半圆形玻璃砖问题
考题示例3
（2025·安徽·历年真题）如图，玻璃砖的横截面是半径为R的半圆，圆心为O点，直径与x轴重合。一束平行于x轴的激光，从横截面上的P点由空气射入玻璃砖，从Q点射出。已知P点到x轴的距离为，P、Q间的距离为。
（1）求玻璃砖的折射率；
（2）在该横截面沿圆弧任意改变入射点的位置和入射方向，使激光能在圆心O点发生全反射，求入射光线与x轴之间夹角的范围。
答案：（1）根据题意得出光路图如图所示
根据几何关系可得sin α＝，cs γ＝，α＝β
可得β＝45°，γ＝30°
根据折射定律n＝＝
（2）发生全反射的临界角满足sin C＝，可得C＝45°
要使激光能在圆心O点发生全反射，激光必须指向O点射入，如图所示
只要入射角大于45°，即可发生全反射，则使激光能在圆心O点发生全反射，入射光线与x轴之间夹角的范围[0，45°]。
跟踪训练3
（2024·湖南·模拟题）如图所示，半圆柱体的玻璃砖截面的半径R＝20 cm，直径AB与光屏MN垂直并接触于A点。一束激光a从圆弧侧面射向玻璃砖的圆心O，当入射光线与竖直直径AB之间的夹角为53°时，在光屏MN上出现两个光斑，且A点左侧光斑与A点之间的距离为15 cm。已知sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8。
（1）求玻璃砖的折射率n；
（2）若改变激光a的入射方向，使激光经过O点后在光屏MN上只剩一个光斑，求此光斑离A点的最远距离。
答案：（1）由题意可得，激光在O点的入射角为α＝37°，
设激光在O点的折射角为β，折射光线在光屏MN上的光斑为P点，如图甲所示，
则有n＝，tan β＝，解得n＝；

（2）当激光在O点恰好发生全反射时，光屏MN上只剩一个光斑（设为E点）且光斑离A点的距离最远，如图乙所示。
此时激光恰好以全反射临界角C入射，
则sin C＝＝，tan C＝＝，
根据几何知识可得AE＝＝ cm。
反思提升
圆形或半圆形玻璃砖问题的解题方法总结：
1．题型简述：圆形或半圆形玻璃砖是指横截面为圆形或半圆形的玻璃砖。如右图所示，圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折。
两种特殊入射情况：①光线沿着半径方向从圆面射入，如图甲所示，光线必经过圆心，在直径面上有可能发生全反射。
②光线从直径平面垂直射入，如图乙所示，由于入射点不同，在圆面上有可能发生全反射。
2．方法突破
命题点
考频统计
命题特点
核心素养
平行玻璃砖问题
2025年：云南T13 山东T15
湖北T13 安徽T13 四川T9
浙江1月T10 湖南T3
内蒙古T3 河南T2 广东T4
2024年：全国甲T16 山东T15
重庆T5 广东T6 江苏T6
甘肃T10 海南T4 北京T15
2023年：全国乙T16
浙江1月T13 浙江6月T13
山东T16 湖北T6
本专题主要涉及光的折射定律，全反射条件，临界角等知识点，往往结合几何关系进行综合考查。解决这类问题的关键：应围绕折射率，联系几何量和物理量列相关方程。
物理观念：
理解折射定律和全反射条件等规律及其相互关系。
科学思维：
能对综合性的光路问题进行分析和推理，获得正确结论并作出解释。
三角形玻璃砖问题
圆形或半圆形玻璃砖问题