第14章 实验十八 测量玻璃的折射率-【优化探究】2025年高考物理一轮复习高考总复习配套课件（教科版2019）

实验十八　测量玻璃的折射率 第十四章　光 实验技能 自主学习 实验要点 互动探究 达标检测 巩固提高 命题点一　教材原型实验 命题点二　实验创新设计 内容索引 实验技能 自主学习 一 3 二、实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔等。 三、实验操作 (1)先在白纸上画一条直线EE′，代表两种介质的分界面；再画出一直线段AB代表入射光线；然后画出分界面上B点处的法线NN′。 (2)把矩形玻璃砖放在白纸上，使它的一条长边与EE′对齐，用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线FF′代表玻璃砖的另一边。 (3)在直线AB上竖直地插上两枚大头针G1、G2，放回玻璃砖，然后透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像，调整视线方向，直到G1的像被G2的像挡住。 (4)再在观察的这一侧先后竖直地插上两枚大头针G3、G4，用G3挡住G1、G2的像，再用G4挡住G3以及G1、G2的像。 (5)移去大头针和玻璃砖，过G3、G4的插点画直线CD，与FF′相交于C点，直线CD就表示沿直线AB入射的光线透过玻璃砖后的出射光线。连接BC，BC就是折射光线在玻璃砖内的路径。 (6)用量角器量出入射角i和相应的折射角r，查出它们的正弦值。改变入射角i的数值，多次重复实验，例如入射角i分别取15°、30°、45°、60°、75、等，并做好记录。 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。 二 实验要点 互动探究 13 命题点一　教材原型实验 角度1　实验原理与操作 [典例1]　(1)如图所示，某同学在“测量玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′。O为直线AO与aa′的交点。在直线AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针。下面关于该实验的说法正确的是________。 A．插上大头针P3，使P3挡住P2、P1的像 B．插上大头针P4，使P4挡住P3和P2、P1的像 C．为减小测量误差，P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角应越大越好 D．若将该玻璃砖换为半圆形玻璃砖，仍可用此方法测玻璃的折射率 [答案]　ABD　 (1)确定P3大头针位置的方法是插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，确定P4大头针位置的方法是插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像，故A、B正确；P1和P2的连线与法线的夹角应尽量大些，即P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角适当小些，折射角也会大些，折射现象较明显，测量角度的相对误差会减小，故C错误；本实验中采用插针法进行测量，对于半圆形玻璃砖同样可以用此方法确定入射光线和折射光线，故可以确定折射率，故D正确。 (2)在“测量玻璃的折射率”实验中： ①小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图甲所示的实验器材，他认为还缺少器材，请你写出所缺器材的名称：________________。老师将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，透过玻璃砖观察，调整视线方向，插上第四枚大头针P4应使其遮挡住___________________。 刻度尺和量角器 P3以及P1、P2的像 (2)①缺少的器材为：刻度尺和量角器。运用两点一线的原理确定光线方向，在观察的这一侧插大头针时应使P4挡住P3以及P1、P2的像。 ②为取得较好的实验效果，下列操作正确的是______。 A.必须选用上下表面平行的玻璃砖 B．选择的入射角应尽量小些 C．大头针应垂直地插在纸面上 D．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些 CD ②根据测玻璃的折射率的原理，玻璃上下表面不平行也能测出折射率，故A错误；选择的入射角应尽量大一些，以减小测量误差，故B错误；大头针应垂直地插在纸面上，防止产生误差，故C正确；大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些，可减小确定光线时产生的误差，故D正确。 ③小朱同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，用圆规以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO′延长线于C点，过A点和C点作垂直于法线的直线分别交于B点和D点，如图丙所示，若他测得AB＝7.5 cm，CD＝5 cm，则可求出玻璃的折射率n＝________。 1.5 角度2　数据处理与分析 [典例2]　(2023·黑龙江哈尔滨三中模拟)如图1所示，某实验小组的同学在“测量玻璃的折射率”实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，将玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′。O为直线AO与aa′的交点。在直线AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针。 (1)选出实验接下来要完成的必要步骤并按顺序填写选项前的字母代号________。 A．在玻璃砖另一侧插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像 B．在玻璃砖另一侧插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像 C．在玻璃砖另一侧插上大头针P4，使P4仅挡住P3 D．在玻璃砖另一侧插上大头针P4，使P4挡住P3、P1的像和P2的像 BD (1)在直线AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针，然后在玻璃砖另一侧插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像，最后在玻璃砖另一侧插上大头针P4，使P4挡住P3、P1的像和P2的像。故实验接下来要完成的必要步骤是B、D。 (2)过P3、P4作直线交bb′于O′，连接OO′。完成以上步骤后，实验小组内的同学采用不同的方式测量玻璃的折射率： ①甲同学过O作直线NN′垂直于aa′。多次改变入射角θ1，测出对应的折射角θ2，建立平面直角坐标系，作图像如图2所示，若图像的斜率表示玻璃的折射率，则图像的y轴、x轴表示的物理量依次为________。 A．θ1、θ2　　　　　 B．sin θ1、sin θ2 C．sin θ2、sin θ1 D．tan θ2、tan θ1 B ②如图3所示，乙同学以O为圆心作圆，与入射光线AO、折射光线OO′分别交于E、F点，再过E、F点作NN′的垂线，垂足分别为G、H点，用刻度尺测得EG＝2.32 cm，FH＝1.60 cm，则该玻璃砖的折射率数值为________(计算结果保留三位有效数字)。 1.45 (3)一位同学在某次实验中，准确地画好玻璃砖的界面aa′和bb′后，不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图4所示，而实验的其他操作均正确，则折射率的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)准确值。 等于 (3)如图所示，实线表示将玻璃砖向下平移后实际的光路图，而虚线是作图时采用的光路图，通过比较发现入射角和折射角均没有变化，由折射定律可知，折射率的测量值等于准确值。 命题点二　实验创新设计 角度1　实验器材创新 [典例3]　(2023·广东河源统考)某实验小组欲测定一段圆柱形玻璃砖的折射率，其操作步骤如下： a．将白纸固定在水平桌面上，将圆柱形玻璃砖竖直放在白纸上，用铅笔准确描出玻璃砖底面圆的轮廓。 b.将底面圆圆周平分为60等份，并标上相应的数字，如图甲所示，再将玻璃砖竖直放回图甲中的底面圆轮廓上进行实验。 c．用激光笔发出细束激光，沿平行于圆直径OO′的方向入射，分别准确记录入射点P和出射点Q在圆周上对应的读数N1、N2。 d．改变入射点位置，重复步骤c。 (1)根据圆周上的读数N1、N2可得，入射角i＝___________，折射角γ＝ ______________________________。(以弧度制表示) (2)若经过多次测量，作出的sin i－sin γ图像如图乙所示，则玻璃砖的折射率为n＝_____________________________(结果保留三位有效数字)。 1.50(1.46～1.54均可) (3)在本实验的操作过程中，若入射光线发生了如图甲中虚线AB所示的偏离，则折射率的测量值将________(选填“偏大”或“偏小”)。 (3)若入射光线发生如题图甲中虚线所示偏离，则入射角的测量值偏小，折射率的测量值偏小。 偏小 角度2　实验数据处理创新 [典例4]　(2023·海南卷)如图所示，在用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与光屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在光屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处。 (1)请在图中画出激光束经玻璃砖折射后完整的光路图； [答案]　(1)图见解析　 (1)穿过平行玻璃砖的出射光线和入射光线平行，过S1作BS2的平行线，交ad边于C点，连接OC，光路图如图所示。 (2)已经测出AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，则折射率n＝_______________ (用l1、l2、l3表示)； (3)若改用宽度比ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会________(选填“变大”“变小”或“不变”)。 (3)若玻璃砖的宽度变小，ad边与两条光线的交点距离变小，即BC变小，则S1S2间的距离也会变小。 变小 三 达标检测 巩固提高 2 3 4 5 1 1．某同学在做“测量玻璃的折射率”的实验时已经画好了部分图线，如图甲所示，并在入射光线AO上插上大头针P1、P2，现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上P3和P4大头针，便能确定光在玻璃砖中的折射光线。 6 2 3 4 5 1 (1)确定P3位置的方法正确的是________。 A．透过玻璃砖，P3挡住P2的像 B．先插上P4大头针，在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置 C．透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像 (1)确定P3位置的方法正确的是：透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像，故选C。 C 6 2 3 4 5 1 (2)作出在玻璃砖中和出射后的光线的光路图，并画出玻璃砖中光线的折射角θ2。 答案：(2)图见解析 (2)光路如图。 6 2 3 4 5 1 (3)经过多次测量作出的sin θ1－sin θ2图像如图乙，玻璃砖的折射率为________(保留三位有效数字)。 1.49 6 2 3 4 5 1 6 2 3 4 5 1 (4)若该同学在确定P4位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把P4位置画的偏左了一些，则测出来的折射率________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 偏小 6 2 3 4 5 1 (5)该同学突发奇想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，插针P1、P2的连线垂直于AB面，若操作无误，则在下图中右边的插针应该是________。 A．P3、P6　　　　　　　　 B．P3、P8 C．P5、P6 D．P7、P8 C 6 2 3 4 5 1 (5)光路图如图所示。 根据光路图可知，经过P1P2的光线经两块玻璃砖的分界处向下偏转，然后射入右侧玻璃砖后平行射出，所以在题图中右边的插针应该是P5、P6，故选C。 6 2 3 4 5 1 6 2 3 4 5 1 C．让入射光线与玻璃砖的直径垂直，入射光线经过圆心O； D．以圆心O为轴，缓慢逆时针转动玻璃砖，同时调整视线方向，直到从AB下方恰好看不到P2和P1的像，然后沿半圆柱玻璃砖直径画一条直线AB，并作出光路图，如图所示。 6 2 3 4 5 1 (1)看不到P2和P1的像是因为发生了________。 (1)看不到P2和P1的像是因为光线在AB面上发生了全反射。 全反射 6 2 3 4 5 1 (2)只使用毫米刻度尺，还需要测量________(选填“OD”或“CD”)的长度，记作l。 (3)玻璃砖折射率的表达式n＝________。 CD 6 2 3 4 5 1 6 2 3 4 5 1 3．(2023·广东卷)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M点水平入射，到达ef面上的O点后反射到N点射出。用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位置； 6 2 3 4 5 1 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QM连线的延长线与ef面的边界交于P点，如图(a)所示； 6 2 3 4 5 1 ③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2。PM的示数如图(b)所示，d1为________ cm。测得d2为3.40 cm。 (2)③刻度尺的最小分度值为0.1 cm，由图可知，d1为2.25 cm。 2.25 6 2 3 4 5 1 (3)利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式n＝________；由测得的数据可得折射率n为________(结果保留三位有效数字)。 1.51 6 2 3 4 5 1 6 2 3 4 5 1 稍小一些 6 2 3 4 5 1 6 2 3 4 5 1 4．(2023·辽宁沈阳模拟)做“测量玻璃的折射率”实验时，同学们被分成若干实验小组，以下是其中两个实验小组的实验情况。 (1)甲组同学在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角r作出sin i－sin r图像如图甲所示，则下列判断正确的是________。 A．光线是从空气射入玻璃的 B．光线是从玻璃射入空气的 C．该玻璃的折射率约为0.67 D．该玻璃的折射率约为1.5 AD 6 2 3 4 5 1 6 2 3 4 5 1 (2)乙组同学先画出图乙所示的坐标系，再在y＜0区域放入某介质(以x轴为界面)，并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点，它们的坐标分别为A(8 cm，3 cm)、B(1 cm，－4 cm)、 C(7 cm，－4 cm)，则： ①入射点O′(图中未标出)的坐标为____________； ②通过图中数据可以求得该介质的折射率n＝________。 (4 cm，0) 6 2 3 4 5 1 6 2 3 4 5 1 5．(2023·安徽合肥二模)为了测量直角三棱镜的折射率，某实验小组在木板上铺一张白纸，将三棱镜放在白纸上并用细线描出三棱镜的轮廓，如图中△ABC的实线所示，接着在垂直于AB的方向上插上两枚大头针P1和P2，在棱镜的BC侧透过三棱镜观察两个大头针，当P1的像恰好被P2的像挡住时，插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。移去三棱镜和大头针，大头针在纸上的位置如图所示。 (1)将实验需要的光路图补充完整。 答案：(1)图见解析 6 2 3 4 5 1 (1)根据实验原理，由折射定律和反射定律，画出光路图，如图所示。 6 2 3 4 5 1 (2)实验中，在棱镜的BC侧透过三棱镜观察两个大头针，使P2的像挡住P1的像的目的是________________________________________。 (2)使P2的像挡住P1的像的目的是确定从AB面进入三棱镜的光线。 确定从AB面进入三棱镜的光线 6 2 3 4 5 1 (3)实验小组用量角器量出光穿过BC界面的入射角为α、折射角为β，则 三棱镜的折射率n＝________。 6 2 3 4 5 1 (4)若实验中三棱镜的位置发生了微小的平移，如图中虚线所示，则测得的折射率________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。 小于 6 2 3 4 5 1 (4)若实验中三棱镜的位置发生了微小的平移，实际光路图如图所示。 由图可知，测量的α角偏大，则测得的折射率小于真实值。 6 6．(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。 2 3 4 5 1 6 (1)求玻璃砖的折射率； 2 3 4 5 1 6 (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。 答案：(2)15° 2 3 4 5 1 6 2 3 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