第13章 实验十八 测量玻璃的折射率(课件PPT)-【金榜题名】2026年高考物理一轮总复习

第十三章　光　学 实验十八　测量玻璃的折射率 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 提 分 集 训 （七 十六） 点击进入word 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 谢谢观看 第十三章　光学 高考总复习 物理 返回目录 考向 定位 1.掌握测量玻璃折射率的原理及方法；2.学会用插针法确定光路，并会测量玻璃的折射率． 原理与器材 实验操作 注意事项 1.实验原理 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θ2，再根据n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2)或n＝ eq \f(PN,\a\vs4\al(QN′))，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、铅笔等． 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θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2. 1.实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O′之间距离要稍大一些． 2．入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°). 3．操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，也不能把玻璃砖界面当作尺子画界线． 4．实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变． 5．玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大． 原理与器材 实验操作 注意事项 2．实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔等． 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. 3．操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，也不能把玻璃砖界面当作尺子画界线． 4．实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变． 5．玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大． 原理与器材 实验操作 注意事项 2．实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔等． 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. 5．玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大． 原理与器材 实验操作 注意事项 数据处理 1.计算法：算出不同入射角时的n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2)，并取平均值 eq \x\to(n). 2．作sin θ1－sin θ2图像：由n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2)可知图像应是过原点的直线，如图甲所示，其斜率为折射率n. 　 　 　甲　　　　　　　　乙 3．“单位圆”法： 如图乙所示，sin θ1＝ eq \f(EH,OE)，sin θ2＝ eq \f(E′H′,\a\vs4\al(OE′))，OE＝OE′＝R，则n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2)＝ eq \f(EH,\a\vs4\al(E′H′)). 原理与器材 实验操作 注意事项 数据处理 3．“单位圆”法： 如图乙所示，sin θ1＝ eq \f(EH,OE)，sin θ2＝ eq \f(E′H′,\a\vs4\al(OE′))，OE＝OE′＝R，则n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2)＝ eq \f(EH,\a\vs4\al(E′H′)). 考点一　教材原型实验 [例1]　在利用“插针法”测定玻璃的折射率实验中，所用的玻璃砖上下两面平行． (1)下列操作可以减小实验误差的有________． A.必须选择上下表面平行的玻璃砖 B.选用宽度较大的玻璃砖完成实验 C.没有刻度尺时，可以将玻璃砖当尺子画界面 D.确定入射光线的两颗大头针间的距离应适当大些 (2)甲同学正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图1所示．当入射角为θ1时，测得的折射角为θ2，该玻璃砖的折射率n＝________． (3)由于手头没有量角器，乙同学利用刻度尺也测得了该玻璃的折射率，作出光路图如图2所示．图中光线与平行的玻璃砖表面aa′和bb′分别交于O点和P点，过P点作aa′的垂线，垂足为Q点，将AO延长交PQ于M点，测得OP＝R，OM＝r.则该玻璃砖的折射率n＝________． (4)乙同学在画界面时，不小心将界面bb′画的比实际位置靠下一些，如图2中虚线所示．若其他操作均正确，则测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“相同”). (5)当光从玻璃砖上表面射入时，随着入射角θ1变大，折射角θ2也会变大，折射光线是否能在玻璃砖的下表面发生全反射？如果能，请求出此时的入射角θ1；如果不能，请说明理由______． 【解析】　(1)A.用插针法测折射率时，玻璃砖上下表面不一定要平行，故A错误； B.宽度较大的玻璃砖，光在玻璃砖中的路程长，入射点与出射点距离较大，确定角度越准确，误差越小，故B正确； C.用玻璃砖界面当尺子画界线会增大实验误差，且容易损坏玻璃砖，故C错误； D.大头针P1、P2和P3、P4之间的距离适当大一些，引起的角度误差会减小，故D正确． 故选BD. (2)该玻璃砂的折射率n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2) (3)折射率为 n＝ eq \f(sin ∠OMQ,sin ∠OPQ)＝ eq \f(\f(OQ,r),\f(OQ,R))＝ eq \f(R,r) (4)根据题意，如图 入射角不受影响，当折射角的测量值大于真实值，根据n＝ eq \f(sin i,sin r) 因此测得折射率偏小． (5)不能，由几何知识可知，光线在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，折射光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射． 【答案】　(1)BD (2) eq \f(sin θ1,sin θ2) (3) eq \f(R,r) (4)偏小 (5)见解析 [对点训练] 1．(2025·重庆模拟)某同学用插针法测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下： ①如图甲所示，在平铺的白纸上画出直线MN作为界面，垂直MN作法线相交于点O，并画出一条线段O′O作为入射光线．把半圆柱体玻璃砖放在白纸上，并使其直边与MN重合，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线(图中实线部分)，再作虚线半圆与半圆弧轮廓线对称． ②在直线O′O上垂直纸面插上大头针P1、P2，并在玻璃砖另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像． ③拿走玻璃砖，连接OP3作为折射光线，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，垂直于法线作线段BA、CD并分别交法线于A、D点．延长BO交半圆弧于点E. ④过E作法线的垂线EF，F是垂足，并用刻度尺分别测量CD的长度x和EF的长度y. ⑤改变入射角，得到多组x和y的数据．根据这些数据作出y－x图像，如图乙所示． (1)关于该实验，下列说法正确的是________(单选，填标号). A.入射角越小，误差越小 B.实验时不能用手直接接触玻璃砖的光学面 C.选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显 (2)根据图乙，可计算得玻璃砖的折射率为______． (3)该同学将玻璃砖向上平移一小段距离，重复上述实验，作出光路图后发现光线恰好从玻璃砖最底部出射，此时出射光线______于入射光线(填“平行”或“不平行”). 解析：(1)A.为了减小长度测量的误差，实验中的入射角需要适当大一些，故A错误； B.在插针时，为了使看到的针的像清晰，实验时不能用手直接接触玻璃砖的光学面，故B正确； C.选择圆心O点作为入射点，是因为折射光线射出玻璃砖时的反向与相应位置的法线重合，便于利用相应线段的长度来间距表示入射角与折射角的正弦值，便于测量折射率，故C错误． 故选B. (2)根据折射率的定义式有 n＝ eq \f(sin ∠AOB,sin ∠COD)＝ eq \f(sin ∠EOD,sin ∠COD)＝ eq \f(\f(EF,R),\f(CD,R))＝ eq \f(y,x)＝ eq \f(40,25)＝1.6 (3)入射光线方向不变，将玻璃砖向上平移一小段距离，则入射点左移，光线恰好从玻璃砖最底部出射，作出光路如图所示 利用光路可逆原理，根据几何关系可知，第二次折射的折射角等于第一次折射的入射角，则出射光线平行于入射光线． 答案：(1)B (2)1.6 (3)平行 考点二　创新拓展实验 [例2]　(2023·广东高考)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； 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； 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. (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). (4)相对误差的计算式为δ＝ eq \f(测量值－真实值,真实值)×100%.为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中激光在M点入射时应尽量使入射角________． 【解析】　(2)③刻度尺的最小分度为0.1 cm，由图(b)可知，d1为2.25 cm. (3)玻璃砖折射率的表达式n＝ eq \f(sin i,sin r)＝ eq \f(\f(fM,PM),\f(fM,OM))＝ eq \f(OM,PM)＝ eq \f(d2,d1)，代入数据可知n＝ eq \f(3.40,2.25)＝1.51. (4)相对误差的计算式为δ＝ eq \f(测量值－真实值,真实值)×100%，为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中d1、d2要尽量稍大一些，即激光在M点入射时应尽量使入射角稍小一些． 【答案】　(2)③2.25　(3) eq \f(d2,d1)　1.51　(4)稍小一些 [对点训练] 2．(2025·青岛三模)某探究小组要测量一横截面为半圆形透明玻璃砖的折射率，准备的器材有玻璃砖、激光笔、刻度尺和白纸．如图是该小组设计的实验方案示意图，下面是该小组的探究步骤： ①用刻度尺测量玻璃砖的直径d； ②把白纸固定在水平桌面上，在白纸上建立直角坐标系xOy，将玻璃砖放在白纸上，使其底面圆心和直径分别与C点和x轴重合，再将刻度尺紧靠玻璃砖并垂直于x轴放置； ③打开激光笔开关，让激光笔发出的激光束始终指向圆心O射向玻璃砖，从y轴开始在xOy平面内缓慢移动激光笔，在某一位置时，刻度尺上出现两个清晰的光斑，通过刻度尺读取两光斑与x轴的距离分别为L1、L2(L1>L2)； ④继续改变激光笔的位置，直到刻度尺上恰好只有一个光斑，读取该光斑与x轴的距离为L3； 请回答下面问题： (1)甲同学利用步骤③测得数据计算该玻璃砖的折射率为______；乙同学利用步骤④测得数据计算该玻璃砖的折射率为______；(用测得的d、L1、L2、L3表示) (2)比较甲、乙两同学测量折射率的方案，你认为______(填“甲”或“乙”)同学的测量误差更小，请说明理由：____________________________________________； (3)在操作步骤②中，刻度尺没有与x轴严格垂直，请分析甲同学测得的折射率较真实值是偏大还是偏小：__________． 解析：(1)按照步骤③画出光路图，如图 由几何关系 sin i＝2,2) eq \f(R,\r(L＋R2)) sin r＝2,1) eq \f(R,\r(L＋R2)) R＝ eq \f(d,2) 故折射率为 n＝ eq \f(sin i,sin r)＝2,1) eq \r(\f(L＋R2,L eq \o\al(2,2)＋R2)) ＝2,1) eq \r(\f(4L＋d2,4L eq \o\al(2,2)＋d2)) 按照步骤④画出光路图，如图 此时恰好发生全反射n＝ eq \f(1,sin C) sin C＝2,3) eq \f(\f(d,2),\r(L＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2)) ＝2,3) eq \f(d,\r(4L＋d2)) 联立可得折射率为n＝2,3) eq \f(\r(4L＋d2),d) (2)比较甲、乙两同学测量折射率的方案，甲同学误差较小，因为乙同学方案中“恰好只有一个光斑”的状态确定不够准确． (3)若刻度尺逆时针偏离垂直x轴位置，则L1偏大，L2偏小，测量结果偏大；若刻度尺顺时针偏离垂直x轴位置，则L1偏小，L2偏大，测量结果偏小． 答案：(1)2,1) eq \r(\f(4L＋d2,4L eq \o\al(2,2)＋d2)) 　2,3) eq \f(\r(4L＋d2),d) (2)甲　乙同学方案中“恰好只有一个光斑”的状态确定不够准确 (3)若刻度尺逆时针偏离垂直x轴位置，测量结果偏大；若刻度尺顺时针偏离垂直x轴位置，测量结果偏小 $$