第13章 实验13测量玻璃的折射率(Word教参)-【状元桥】2026高考物理一轮总复习（湖北专版）

实验十三　测量玻璃的折射率 一、实验目的 1．测量玻璃的折射率． 2．学会用插针法确定光路． 二、实验原理 如图所示，当光线AO1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AO1对应的出射光线O2B，从而求出折射光线O1O2和折射角θ2，再根据n＝或n＝算出玻璃的折射率． 三、实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔． 四、实验步骤 1．铺白纸、画线 (1)把白纸铺在木板上并用图钉固定． (2)如图所示，在白纸上画一直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线． (3)把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再用三角板画出玻璃砖的另一边bb′. 2．插针与测量 (1)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2. (2)从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住．再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P3本身及P1、P2的像． (3)移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′.连接O、O′， OO′就是玻璃砖内的折射光线．∠AON为入射角，∠O′ON′ 为折射角． (4)改变入射角，重复实验． 五、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图像 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. 六、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适当大一些． 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． 七、注意事项 1．玻璃砖应选用厚度、宽度较大的． 2．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两个边aa′，bb′. 3．实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动． 4．大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每侧的两枚大头针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． 5．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. 命题点一　教材原型实验 某小组做测量玻璃的折射率实验时，所用器材有玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸． (1)下列哪些措施能够提高实验准确程度__AD__. A．选用两光学表面间距大的玻璃砖 B．选用两光学表面平行的玻璃砖 C．选用粗的大头针完成实验 D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些 (2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是__D__. (3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝　　.(用图中线段的字母表示) 如图所示，是某同学在做插针法测定玻璃折射率的实验中记录的数据，其中P1、P2、P3、P4为实验中记录的四枚大头针的位置： (1)下列说法正确的是(　D　) A．在观察一侧插大头针P3、P4时，通过玻璃砖看到大头针P2、P1下半部分像和从玻璃砖上方看到的大头针P2、P1上半部分还是连在一起 B．在观察一侧插大头针P3、P4时，通过玻璃砖看到大头针P2、P1下半部分像和从玻璃砖上方看到的大头针P2、P1上半部分物错开一段距离 C．在观察一侧插大头针P3、P4时，应使P3、P4和P1、P2在一条直线上 D．在观察一侧插针时应使P3挡住P2、P1的像，P4挡住P3和P2、P1的像 (2)如图所示，P1、P2的直线与玻璃砖的交点为A，P3、P4的直线与玻璃砖的交点为C．取AC＝CE，从C、E分别作玻璃砖界面的垂线CB和ED，B、D分别为垂足，用刻度尺量得AB＝25.0 mm、CD＝40.0 mm、ED＝30.0 mm，玻璃砖的折射率为__1.60__(结果保留三位有效数字)． 命题点二　创新拓展实验 (2024·湖北)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下： 甲 乙 ①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线AA′和BB′，交点为O.将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA′，并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图甲所示． ②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M. ③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P. ④分别过M、P作BB′的垂线MM′、PP′，M′、P′是垂足，并用米尺分别测量MM′、PP′的长度x和y. ⑤改变入射角，重复步骤②③④，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__B__(单选，填标号)． A．入射角越小，误差越小 B．激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差 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y－x图像，可得玻璃砖的折射率为__1.57(1.55～1.60均正确)__(保留3位有效数字)． (3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果__不变__(选填“偏大”“偏小”或“不变”)． 某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖．如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm.玻璃的折射率n＝__1.2__，光在玻璃中传播速度v＝__2.5×108__m/s.(光在真空中传播速度c＝3.0×108 m/s，结果均保留两位有效数字) 学科网（北京）股份有限公司 $$