第13章 实验18 测量玻璃的折射率-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（教科版 新教材 新高考）

实验十八　测量玻璃的折射率 授课提示：对应学生用书第335页 1．实验原理 如图所示，当光线AO以一定的入射角i穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而画出折射光线OO′，求出折射角r，再根据n＝或n＝计算出玻璃的折射率。 2．实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔。 3．实验步骤 (1)用图钉把白纸固定在木板上。 (2)在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O点的法线MM′。 (3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针。 (4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐，并画出另一条长边的对齐线bb′。 (5)眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。 (6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′，连接O、O′得线段OO′。 (7)用量角器测量入射角i和折射角r，并查出其正弦值sin i和sin r。 (8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的，并取平均值。 1．数据处理 (1)计算法：用量角器测量入射角i和折射角r，并查出其正弦值sin i和sin r。算出不同入射角时的，并取平均值。 (2)图像法：改变不同的入射角i，测出不同的折射角r，作sin i－sin r的图像，由n＝可知图像应是过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率。 (3)“单位圆法”：以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线AO于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′，分别交NN′于点H、H′，如图所示，sin i＝，sin r＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝。只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。 2．注意事项 (1)玻璃砖要用厚度较大的。 (2)入射角不宜过大或过小，一般控制在30°到60°之间。 (3)大头针要竖直插在白纸上，且距离应适当大一些。 (4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。 3．误差分析 (1)入射光线、出射光线的确定造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。 (2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。 授课提示：对应学生用书第336页 命题点一　教材原型实验 角度1　实验原理与操作 典例1　(2019·天津卷)某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸。 (1)下列哪些措施能够提高实验准确程度______。 A．选用两光学表面间距大的玻璃砖 B．选用两光学表面平行的玻璃砖 C．选用粗的大头针完成实验 D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些 (2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是________。 (3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝________。(用图中线段的字母表示) [解析]　(1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距大的玻璃砖以及使同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准确程度，减小误差，故选项A、D正确；两光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应选用细长的大头针，故选项B、C错误。 (2)两光学表面平行的玻璃砖的入射光线与出射光线平行，在空气中的入射角大于玻璃中的折射角，画图可知正确的图为D。 (3)玻璃的折射率n＝，又sin i＝，sin r＝，故n＝。 [答案]　(1)AD　(2)D　(3) 角度2　数据处理与分析 典例2　(2021·全国乙卷)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率，实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路，O和O′分别是入射点和出射点，如图(a)所示。测得玻璃砖厚度为h＝15.0 mm；A到过O点的法线OM的距离AM＝10.0 mm，M到玻璃砖的距离MO＝20.0 mm，O′到OM的距离为s＝5.0 mm。 (1)求玻璃砖的折射率； (2)用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图(b)所示。光从上表面入射，入射角从0逐渐增大，达到45°时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失，求此玻璃砖上下表面的夹角。 [解析]　(1)sin i＝＝＝， sin