第13章 第3讲 测量玻璃的折射率(基础实验)（学案）-【新高考方案】2026年高考物理一轮总复习（江苏专版）

第3讲　测量玻璃的折射率(基础实验) 一、实验知能/系统归纳 一、理清原理与操作 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 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 θ1­sin 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、注意实验细节 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。 5．操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面。 6．实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 四、做好误差分析 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。 3．作图时，玻璃砖的宽度绘制有误差，或因所画的两边界线不平行等原因出现误差。 二、应用发展/练中融通 1.在“用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率”实验中，其光路图如图所示，人的眼睛位于B点附近，下列说法正确的是(　 ) A．大头针P1的位置需在眼睛的观察下确定 B．大头针P2的位置需在眼睛的观察下确定 C．P1和P2的距离应适当大一些 D．P3和P4的距离应适当小一些 2.(2025·南京高三检测)如图所示，在“测量玻璃的折射率”实验中，下列说法正确的是(　 ) A．选取的玻璃砖两个光学面a和a′可以不平行 B．A、B、C、D处的四个大头针可以在同一条直线上 C．玻璃的折射率n＝ D．光线从空气进入玻璃，频率发生了变化 3．(2023·海南高考)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，回答下列问题： (1)请画出激光束经玻璃砖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)若改用宽度比ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会__________(填“变大”“变小”或“不变”)。 4．(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3位有效数字)。 (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__________。 5．某小组的甲、乙同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，如图1所示。 (1)为了减小实验误差，下列操作正确的是______________________________。 A．必须选择边界平行的玻璃砖 B．选择的入射角应尽量小些 C．没有刻度尺时，可以将玻璃砖界面当尺子画界线 D．大头针P1、P2和P3、P4之间的距离应适当大些 (2)甲同学正确操作后，在实验中多次改变入射角，测出多组相关角度θ1、θ2，作出cos θ2­cos θ1 的图像，如图2所示，则此玻璃砖的折射率n＝________。 (3)乙同学手头有圆规和刻度尺但没有量角器，正确操作后在白纸上画出了入射光线和折射光线，采用以下方法处理数据：以入射点O为圆心在白纸上作圆，该圆与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线MN的垂线，垂足分别为C、D点，如图3所示，然后改变入射角，重新进行实验，并仍按上述方法进行数据处理；设AC、BD的长度分别为x、y，小明一共获得了8组x、y值，并在y­x坐标系中描出对应的点，如图4所示，根据图可求得该玻璃砖的折射率为________。(保留三位有效数字) 6.(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＝________。 7．如图所示的阴影部分ABC为一透明光学元件的横截面，AC为圆心在O的圆弧面，ABCO构成正方形。现要测定该元件的折射率，可供选用的器材还有：大头针、笔、刻度尺、圆规、平整的木板、图钉、白纸。 Ⅰ.某小组进行了如下的实验操作，请将步骤补充完整。 (1)将白纸用图钉固定在平整木板上，在白纸上画出光学元件的横截面图，标好对应关系，把光学元件放在白纸上，使它的横截面与图中画线对齐； (2)在O点竖直插大头针P； (3)在D点竖直插大头针P1，发现在AB外侧无论怎样调整视线都不能观察到大头针P和P1的像在一条直线上，则应使OD连线与OA的角度______(填“变大”或“变小”)，才能在AB外侧观察到大头针P和P1的像在一条直线上； (4)选择合适的点竖直插大头针P2，在BC外侧调整视线观察到大头针P和P2的像在一条直线上，再竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住____________，P4挡住______________； (5)移去大头针和光学元件，记录好P2、P3和P4的孔洞位置，在固定好的白纸上作出直角坐标系xOy，Ox轴与OC重合，Oy轴与OA重合，用刻度尺测出P2、P3和P4在直角坐标系xOy中的坐标P2，P3，P4。则此光学元件折射率测量值的表达式为n＝__________________________。(用测量的坐标值表示) Ⅱ.根据小组的实验过程，下列哪些措施能够提高实验准确程度________。(多选) A．应选用较粗的大头针完成实验 B．应选用较细的大头针完成实验 C．插在光学元件同侧的两枚大头针间的距离应适当小些 D．插在光学元件同侧的两枚大头针间的距离应适当大些 Ⅲ.小组测得该元件折射率为2，光学元件圆弧面的半径为R。若只考虑首次从圆弧AC直接射向AB和BC的光线，从插在O点的大头针P射入圆弧AC的光中，有一部分不能从AB、BC面直接射出，则这部分光照射圆弧AC的弧长为________。 6 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $$