实验16：测量玻璃砖的折射率[5年58卷4考]--【实验攻略】备战2024年高考物理必考实验讲练

实验16：测量玻璃砖的折射率【5年58卷4考】 类型 角度 考查要素 考查内容 教材实验:测量玻璃的折射率（5年3考） 教材实验:利用光路的侧移量测量(2023海南14题和2023广东11题） 实验基本要求 图像处理 大头针和玻璃砖的选择;实验操作步骤；画光路图 数据处理 折射率的计算 插针法(5年2考） 图像处理 光学作图 数据处理 误差分析 折射率的计算；误差分析 总结: (1) 类型角度：常结合插针法进行测量，也会利用光路的侧移量测量。 (2) 考察要素与内容：考查实验器材的选取、实验步骤和光路图的画法；重点考查对数据的处理、折射率的计算或表达式的书写；重点关注对于实验过程的误差分析。 考点1 基本实验要求 1．实验原理 如图1所示，当光线AO以一定的入射角θ1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，从而求出折射光线OO′和折射角θ2，再根据n＝或n＝计算出玻璃的折射率． 图1 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NN′. （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θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2. （8）改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的，并取平均值． 4．注意事项 （1）用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面，严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb′. （2）实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动． （3）大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大一点，以减小确定光路方向时造成的误差． （4）实验时入射角不宜过小，否则会使测量误差过大，也不宜过大，否则在bb′一侧将看不到P1、P2的像. 考点2 数据处理及误差分析 1．数据处理 （1）计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的，并取平均值． （2）作sin θ1－sin θ2图象：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2的图象，由n＝可知图象应为直线，如图2所示，其斜率为折射率． 图2 （3）“单位圆”法确定sin θ1、sin θ2，计算折射率n. 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OA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′.如图3所示，sin θ1＝，sin θ2＝，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. 图3 A. 高考真题感知 1．（2023·广东·统考高考真题）某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率，实验过程如下： （1）将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界 （2）①激光笔发出的激光从玻璃砖上的点水平入射，到达面上的点后反射到点射出．用大头针在白纸上标记点、点和激光笔出光孔的位置 ②移走玻璃砖，在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作连线的延长线与面的边界交于点，如图（a）所示    ③用刻度尺测量和的长度和．的示数如图（b）所示，为 。测得为    （3）利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式 ；由测得的数据可得折射率为 （结果保留3位有效数字） （4）相对误差的计算式为。为了减小测量的相对误差，实验中激光在点入射时应尽量使入射角 。 2．（2023·海南·统考高考真题）用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处，回答下列问题：    （1）请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图 ； （2）已经测出AB = l1，OA = l2，S1S2= l3，则折射率n = （用l1、l2、l3表示）； （3）若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则