第14章 第三讲 实验：测量玻璃的折射率（课件）-【创新方案】2026年高考物理一轮复习（通用版）

实验：测量玻璃的折射率 第 三 讲 原理装置图 操作要领 折射率n= (1)铺白纸、画线 ①将白纸用图钉固定在木板上 ②画出两边界线aa'和bb'、法线NN'、入射光线AO (2)插针与测量 ①在AO上插上两枚大头针P1、P2，在玻璃砖另一侧通过观察插上大头针P3、P4 ②移去玻璃砖和大头针，连接P3、P4交bb'于O'，连接OO' ③测出入射角θ1、折射角θ2 |理|清|实|验|原|理|与|方|案| 一、理清原理与操作 二、掌握数据处理方法 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.图像法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作出sin θ1-sin θ2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'，如图所示，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。 三、强化重点环节和关键能力 1.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。 2.误差分析 (1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，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。 |训|练|注|重|创|新|与|发|展| 1.(2024·浙江6月选考)如图所示，用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖(侧面分别记为A和B、顶角大小为θ)的折射率。 ①在白纸上画一条直线ab，并画出其垂线cd，交于O点； ②将侧面A沿ab放置，并确定侧面B的位置ef； ③在cd上竖直插上大头针P1和P2，从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2，插上大头针P3，要求P3能挡住　　 　(选填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虚像；  ④确定出射光线的位置　　　　(选填“需要”或“不需要”)第四枚大头针；  ⑤撤去玻璃砖和大头针，测得出射光线与直线ef的夹角为α，则玻璃砖折射率n=　　　　。  P1和P2 不需要 解析：③要求P1和P2在同一条光线上，该光线透过玻璃砖后过P3，故P3要能挡住P1和P2的虚像。 ④cd与ab垂直，则过P1和P2的光线与ab垂直，光垂直入射时传播方向不变，可确定ef边上的入射点，此时只需要找到出射光线上的一点即可确定出射光线，不需要插第四枚大头针。 ⑤根据几何关系可知，入射角为θ，折射角为-α，故n==。 2.(2025·天津模拟)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OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。 (1)该同学接下来要完成的必要步骤有　 　　　。  A.插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像 B.插上大头针P3，使P3挡住P2的像和P1的像 C.插上大头针P4，使P4仅挡住P3 D.插上大头针P4，使P4挡住P3和P2、P1的像 解析：(1)确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像，故A、C错误，B、D正确。 BD (2)过P3、P4作直线交bb'于O'，过O作垂直于aa'的直线NN'，连接OO'测量图中角α和β的大小，则玻璃砖的折射率n=　　　　　。  解析：(2)如题图所示，光线在aa'面的入射角为α，折射角为β，则根据折射定律得玻璃砖的折射率n=。 　 (3)如果在实验过程中不小心将玻璃砖向上平移了一些，bb'移到图中虚线位置，而在作光路图时aa'不变，则所测得的折射率将　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  解析：(3)如果在实验过程中不小心将玻璃砖 向上平移了一些，bb'移到图中虚线位置，而在作 光路图时aa'不变，作出光路图如图所示，线①表 示实际的光路，线②表示作图时所用的光路，可见，测量得到的入射角没有变化，而折射角偏小，根据折射率公式可知所测得的折射率将偏大。 偏大 (4)若所使用的玻璃砖的界面bb'与aa'不平行，其他操作无误，则所测得的折射率将　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  解析：(4)测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖的形状无关。所以若所使用的玻璃砖的bb'与aa'不平行，其他操作无误，则所测得的折射率将不变。 不变 3.(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。  解析：(2)刻度尺的最小分度为0.1 cm，由题图(b)可知，d1为2.25 cm。 2.25 (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3位有效数字)。  解析：(3)玻璃砖折射率的表达式n====，代入数据可得n=≈1.51。 　 1.51 (4)相对误差的计算式为δ=×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：(4)相对误差的计算式为δ=×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。 稍小一些 4.(2025·佛山模拟)某同学利用可伸缩万向支架、激光笔和长方体透明水槽测量水的折射率，如图激光笔固定在万向支架上，调节高度和角度，使激光平行于水槽正立面(图中所示的横截面)，从水槽的左上角射入，用记号笔在水槽正立面记下激光在水槽底部的光点A。往水槽内缓慢注入清水，直到水面高度接近水槽高度的一半，用记号笔在水槽正立面记下激光在水槽底部光点B(图中未画出)和水面CD，在水槽正立面用记号笔画直线，连接水槽左上角和A点，相交CD于E点，用刻度尺分别测量EA的长度L1=20.0 cm，EB的长度L2=15.0 cm，水面CD距水槽底部高度h=12.0 cm。由此可得： (1)B点处于A点的　　　　侧(填“左”或“右”)。  解析：(1)由于激光在水面发生折射，而光从光疏介质射入光密介质时，入射角大于折射角，作出光路图如图所示 可知，B点位于A点的左侧。 左 (2)激光入射角的正弦值sin i=　　　(结果保留两位有效数字)。  解析：(2)根据几何关系可知，激光入射角的正弦值 sin i==0.80。 0.80 (3)水的折射率n=　　　　　(结果保留三位有效数字)。  解析：(3)根据折射定律可知水的折射率为n= sin r==0.60 代入数据解得n≈1.33。 1.33 (4)要使测量得到的水的折射率更准确，实验操作可采取的措施有(答一点即可)：　　　　　　 　。 解析：(4)进行多次测量以减小偶然误差，提高准确度；保证可伸缩万向支架与透明水槽所处平面水平。 进行多次测量，求折射率的平均值 5.(2024年1月·九省联考贵州卷)某实验小组在用激光笔测量半圆形玻璃砖折射率的实验中，足够长的光屏与半圆形玻璃砖的直边平行，O点为玻璃砖圆心，OO'为法线。当激光沿AO方向入射时光屏上未出现光斑；当激光沿BO方向入射时光屏上C点出现光斑，如图所示。 (1)激光沿AO方向入射时光屏上未出现光斑的原因是　　　　　　　　　　　。  解析：(1)激光沿AO方向入射时光屏上未出现光斑的原因是激光未发生折射，发生全反射。 激光在O点发生全反射 (2)过B点作OO'的垂线，垂足为D。测得BD=l1、BO=l2、O'C=l3和OC=l4，则该玻璃砖的折射率n=　　　　(用l1、l2、l3和l4表示)。  解析：(2)由题图标出折射角和入射角，由图可知sin θ1==，sin θ2==，由折射定律可知，该玻璃砖的折射率为n==。 6.(2024·安徽高考)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。 (1)为测量玻璃的折射率，按如图甲所示进行实验， 以下表述正确的一项是　　　　。(填正确答案标号)  A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直 线a和a' B.在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2 C.实验时入射角θ1应尽量小一些，以减小实验误差 B 解析：(1)在白纸上画出一条直线a作为界面，把玻璃砖放在白纸上，使它的一条长边与a对齐，用直尺或者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a'代表玻璃砖的另一边，而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a'，故A错误；根据测量玻璃的折射率实验步骤，B选项符合实验过程，故B正确；实验时入射角θ1应尽量大一些，但也不能太大(接近90°)，以减小实验误差，故C错误。 (2)为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示。此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关，频率大，折射率　　　　(填“大”或“小”)。  大 解析：(2)由题图乙可知，入射角相同，绿光的折射角小于红光的折射角，根据光的折射定律n=可知，绿光的折射率大于红光的折射率，又因为绿光的频率大于红光的频率，所以频率大，折射率大。 (3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束激光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1，测得折射角分别为α2、α3，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃　　n介质 (填“>”或“<”)。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。  解析：(3)根据折射定律可知，玻璃的折射率为n玻璃=，该介质的折射率为n介质=，其中α2<α3，所以n玻璃>n介质。 > $$