第十四章 第75讲 实验十七 测定玻璃的折射率-【衡中学案】2026年高考物理一轮总复习学案

的折射率，则α光的波长较大，根据双缝干涉条纹的间距公式 圆心O点作为入射点，是为了利用圆的半径，方便表示出入射 △x=一入可知，在d1相同的条件下，干涉条纹间距与波长成正 角和折射角的正弦值，而不是因为O处的折射现象最明显，C 错误。 比，所以a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，A正 确；a光的波长长，则干涉条纹间距较大，但它们条纹宽度都是 (2)设入射角和折射角分别为i,则玻璃砖的折射率n=sm sin r' 均匀的，B错误；由全反射临界角公式sinC=。知，折射率n越 Rsin r 设半圆柱体玻璃砖的半径为R,根据几何关系有simi= 大，临界角C越小，则在水中a光的临界角大于b光的临界角 C正确；若a光与b光以相同入射角从水射向空气时，由于在水 =太，所以n=士，即)-：图像中图线的斜率表示孩璃砖的折 中a光的临界角大于b光的临界角，所以b光的入射角先达到 射率，结合题图()可得0=装-1.57。 临界角，则b光先发生全反射，首先消失的是b光，D正确。 第75讲实验十七测定玻璃的折射率 (③)由(2)题的分析可知，折射率n=士，与半圆孤轮帝线半径 的大小无关，所以折射率的测量结果不变。 实验知识·自主回顾 d 一、2.插针法 例：(1)全反射(2)CD(3) sin 0 二、n=sin0n [解析](1)看不到P2和P,的像是由于光线在AB面上发生 了全反射。 四、4.竖直地5.挡住P、P2的像P,本身及P、P2 (2)(3)只要测出“CD”的长度1，就相当于测出了临界角的正弦 五3 值，即mC=,质mG=日 n 核心考点·重点突破 d 可得折射率n= 跟踪训练：(1)ABCE(2)①刻度尺和量角器P3以及P1、P2的 像②CD③1.5④小于 D2+4x0 例3：(1)见解析 (2)√D+4x (3)小替代法 [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P,、P,的像。确定P4大头针的位置的方法是插上大头 [解析](1)画出步骤d、e中对应的光路图如图； 针P4,使P4挡住P和P1、P2的像，故A、B正确；折射光线是通 过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小 引起的作图误差会较大，故P?、P4之间的距离适当大些，可以提 高准确度，故C正确；入射角01即P,和P,的连线与法线的夹 角尽量大些，即PP2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D错误；本实验中采用挡像法进行测量，对于半圆形玻璃砖 (2)玻璃砖1的折射率可表示为 同样可以确定入射光线和折射光线，故可以确定折射率，故E 正确。 (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，观察的这一侧插两枚大头针应使P,挡住P,以及 m=sini= D+4.7 sin r √D2+4x30 P,、P,的像。 ②根据测量玻璃的折射率的原理，玻璃砖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 V+(分) 量误差，故B错误；大头针应垂直地插在纸面上，防止产生误 D2+4x 差，故C正确；大头针P和D2及P和P4之间的距离适当大 (3)根据n=√D+4x 可知因两次实验中x。相同，x1越大， 些，可减小确定光线时产生的误差，故D正确。 折射率越小，因为：1>x2,可知厚镜片材质的折射率比薄镜片材 AB 质的折射率小；该实验主要采用的实验方法是替代法。 ③玻璃的折射率n=m∠A06=A0=4g=7:5=1.5。 sin L COD-CDCD=5 第76讲实验十八 用双缝干涉实验测量光的波长 OC ④如图实线为作出的实际光路图，虚线 核心考点·重点突破 为以aa'、bb'为界面、以大头针留的痕迹 跟踪训练：(1)CEDBA(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行单 作为出射光线画的实验光路图，比较实 缝、双缝间距离大约为5~10cm(3)D(4)12.2701.970 际光路图的折射角与实验光路图的折射b (5)4563(6)C 角关系可知，折射角测量值偏大，则测得 的折射率偏小。 [解析](1)滤光片E的作用是从白光中获得单色光，单缝的 例1：(1)B(2)1.57(1.55~1.60均正确)(3)不变 作用是获取线光源，双缝的作用是获得相干光源，最后成像在 [解析](1)入射角和折射角的测量会造成误差，故入射角应 毛玻璃屏上。所以由左至右，排列顺序为CEDBA。 适当大些，以减小测量的相对误差，A错误；通过插针法来确定 (2)在操作步骤②时还应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必 入射光线和出射光线时会造成误差，而激光的平行度好，更有 须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为5~10cm。 (3)若要使得分划板中心刻线与干涉条纹平行，则仅旋转毛玻 利于减小误差，B正确；相同材料各点的折射效果都相同，选择 璃处的测量头即可，故选D。 568雪点3几何光学与物理光学的综合应用 (基础考点·自主探究) ③2023·重庆卷)某实验小组利用双缝干涉实 及羚装置分家两单鱼光的干涉条纹，发现 4x=合%同一装置1.d相同间距小说 明波长短 在相同的条件下光屏上α光相邻两亮条纹的间距比b光的 7 小。他们又将、b光以相同的入射角由水斜射入空气，注意此处是由木射入空气 发现a光的折射角比b光的大，则 A.在空气中传播时，a光的波长比b光的大 应用=时注意.1对应空气中的角 B.在水中传播时，a光的速度比b光的大 F对应介质中的角 C.在水中传播时，a光的频率比b光的小 本题两种光sinr一样，sin iazsini,故 n>,折射率大，频李大，波长短，全反 D.由水射向空气时，a光的全反射临界角比b光的小 射临界角小 【跟踪训练】 A.用同一双缝干涉实验装置分别用ab光做实验，a 日（多选）如图所示，两束单色光a、b从水下面射向 光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距 A点，光线经折射后合成一束光c。则下列说法 B.用a、b光分别做双缝干涉时它们的干涉条纹宽度 正确的是 都是不均匀的 C.在水中a光的临界角大于b光的临界角 278 D.若a光与b光以相同入射角从水射向空气，在不 断增大入射角时水面上首先消失的是b光 温馨提示：复习至此，请完成练案[74] 年 画 第75讲 实验十七 测定玻璃的折射率 计 衡 实验知识·自主回顾 案 一、 实验目的 N 1.测定玻璃的折射率。 2.学会用 确定光路。 二.实验原理 当光线A0以一定的入射角0，穿过两面平行的玻 璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光 P.B 线O'B,从而求出折射光线O0'和折射角02，再根据 3.把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa' 算出玻璃的折射率。 重合，再用三角板画出玻璃砖的另一边b'。 三、实验器材 4.在线段A0上 插上两枚大头针P、P2。 玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器（或圆 5.从玻璃砖'一侧透过玻璃砖观察大头针P、P 规)、三角板、铅笔。 的像，调整视线的方向直到P的像被P,的像挡住。 再在b'一侧插上两枚大头针P3、P4,使P3能 四、实验步骤 1.把白纸铺在木板上并用图钉固定。 ,P4能挡住 的像。 2.如图所示，在白纸上画一直线aa'作为界面，过 6.移去玻璃砖，在拔掉P、P2、P3、P4的同时分别 aa'上的一点O画出界面的法线NW',并画一条线段 记下它们的位置，过P,、P4作直线O'B交bb'于O'。 A0作为入射光线。 连接O、O',O0'就是玻璃砖内的折射光线。∠AON为 入射角01，∠0'ON'为折射角02。 7.用量角器量出入射角和折射角，查出它们的正sin0 sin 0 ,只要测出EH、E'H'的长度就可以求 弦值，并记录数据。 8.改变人射角的大小，重复以上实验。 出折射率n。 五、数据处理 1.计算法 算出入射角不同时的血8，并取平均值，得到折 sin 6 射率。 0 2.图像法 对于测出的多组01和62，作sin0,-sin02图像， 六、注意事项 由n=s血8可知图像应为过原点的直线，如图所示，其 1.实验时，将大头针尽可能竖直地插在纸板上，并 sin 0, 且使P与P2之间、P3与P4之间距离适当大一些，这 斜率为折射率。 样可以减小确定光路方向时出现的误差。 sin 2.入射角0，应适当大一些，以减小测量角度的误 差，但入射角不宜太大，太大会导致反射光太强、折射 光太弱，不易确定P、P4的位置。 3.在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更 sin 不能把玻璃砖当尺子画界线。 3.单位圆法 4.在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能 以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆， 改变。 交入射光线OA于E点，交折射光线00'于E点，过E 作W'的垂线EH,过E'作NN'的垂线E''。如图所 5.玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上，若 宽度太小，则测量误差较大。 示，sin0=0E,sin%=H OE,0E=0E'=R,则n= 核心考点·重点突破 总 专点1教材原型实验 (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 物 (基础考点·自主探究) 纸，白纸上有如图甲所示的实验器材，他认为还 【跟踪训练】 缺少器材，请你写出所缺器材的名称： (实验原理、实验仪器、实验操作、数据处理和误 279 小朱同学将器材配齐后，他进行实验，图乙是他 差分析) 在操作过程中的一个状态，透过玻璃砖观察，调 (1)如图1所示，某同学在“测量玻璃的折射率”的 整视线方向，插上第四枚大头针P4应使其遮挡 实验中，先将白纸平铺在木A 住 板上并用图钉固定，玻璃砖 P, N 平放在白纸上，然后在白纸 上确定玻璃砖的界面aa'和 bb'。0为直线A0与aa'的 N 交点。在直线AO上竖直地 图1 甲 插上P、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P,使P3挡住P2、P,的像 B.插上大头针P4,使P4挡住P3和P2、P的像 C.为了减小作图误差，P和P4的距离应适当大些 D.为减小测量误差，P,、P2的连线与玻璃砖界面 P,的像 D P 的夹角应越大越好 E.若将该玻璃砖换为半圆形玻璃砖，仍可用此 方法测量玻璃的折射率 图2 ②为取得较好的实验效果，下列操作正确的是 ③拿走玻璃砖，标记C0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 A.必须选用上下表面平行的玻璃砖 垂足，并用米尺分别测量MM'、PP'的长度x和y。 B.选择的入射角应尽量小些 ⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y C.大头针应垂直地插在纸面上 的数据。根据这些数据作出y-x图像，如图(b)所示。 D.大头针P,和P2及P,和P4之间的距离适当 (1)关于该实验，下列说法正确的是 (单 大些 选，填标号)。 ③小朱同学在量入射角和折射角时，由于没有 A.入射角越小，误差越小 量角器，在完成了光路图以后，用圆规以O点为 B.激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减 圆心，OA为半径画圆，交O0'延长线于C点，过 小误差 A点和C点作垂直于法线的直线分别交于B点 C.选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射 和D点，如图丙所示，若他测得AB=7.5cm,CD 现象最明显 =5cm,则可求出玻璃的折射率n= (2)根据y-x图像，可得玻璃砖的折射率为 ④若小朱同学在纸上画出a (保留3位有效数字)。 的界面aa'、bb'与玻璃砖位 (3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的 置的关系如图3所示，他的b 实际半径，则折射率的测量结果 （填“偏大” 其他操作均正确，且均以 图3 “偏小”或“不变”)。 aa'、bb'为界面画光路图。则该同学测得的折射 ·考向2实验原理的创新 率测量值 真实值（填“大于”“小于”或 “等于”) 肠(225·江苏准安市调研)某同学用半圆柱玻 280 璃砖做测量玻璃的折射率实验，他的操作步骤 喜点2 创新实验提升 如下： (能力考点·深度研析) 实验原理和实验过程的创新 度 1.利用本实验的方法还可以测量其他物质的折 新 射率。 2.可以利用全反射的方法测物质的折射率。 考向1实验方法的迁移应用 A.用毫米刻度尺量出半圆柱玻璃砖的直径d,算 衡 中 ①(2024·湖北卷)某同学利用激光测量半圆柱 学 例 出半径r=,然后确定圆心的位置，记在玻璃砖上 体玻璃砖的折射率，具体步骤如下： Ay/mm B.在白纸上画一条直线作为入射光线，并在入射 4 光线上插两枚大头针P,和P2; 40 C.让入射光线与玻璃砖的直径垂直，入射光线经 35 过圆心0： 30 D.以圆心O为轴，缓慢逆时针转动玻璃砖，同时 2 调整视线方向，直到从AB下方恰好看不到P,和P,的 30 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。 (1)看不到P2和P,的像是因为发生了 (2)只使用毫米刻度尺，还需要测量 (选 1015202530x/mm 填“OD”或“CD”)的长度，记作1： B 图(a) 图6) (3)玻璃砖折射率的表达式n= ①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线AM'和 例 ③制作近视眼镜时需要控制镜片的厚度。某同 BB',交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AM', 学猜想：制作相同度数的眼镜，镜片的厚度与 并使其圆心位于0点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如 其材料的折射率相关。为探究该猜想，他找来度数相 图(a)所示。 同、镜片厚度不同的两副眼镜，以及两个形状相同的半 ②将一细激光束沿C0方向以某一入射角射入玻 圆形玻璃砖1（与厚镜片材质相同）和玻璃砖2（与薄镜 璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。 片材质相同)。设计了如下实验： e.移走玻璃砖1，将玻璃砖2置于玻璃砖1原来位 置，使光线仍沿P0方向射向圆心O,并使长直刻度尺 MN的左右两端均出现亮点，并记下左侧亮点到A点 的距离为x2。 (1)在图中画出步骤d、e中对应的光路图； a.用刻度尺测出半圆形玻璃砖的直径D; (2)玻璃砖1的折射率可表示为 山.在木板上固定一张白纸，将玻璃砖水平放置在 (3)测得x,>x2,可知厚镜片材质的折射率比薄镜 白纸上，用笔描出砖的边界，移走玻璃砖，在纸上标出 圆心O、直径AB、AB的垂线OC; 片材质的折射率 (选填“大”或“小”)。该实 c.将玻璃砖1放在白纸上，使之与边界完全重合， 验主要采用的实验方法是 (选填“放大法” 用长直刻度尺MN紧靠A点并与AB垂直放置； “理想实验法”或“替代法”)。 d调节激光器，使光线沿P0射向圆心O,并使长 直尺MN的左右两端均出现亮点，记下左侧亮点到A 温馨提示：复习至此，请完成练案[75 点的距离为x1,右侧亮点到A点距离为xo。 第76讲 实验十八 用双缝干涉实验测量光的波长 实验知识·自主回顾 一、 实验目的 (2)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的 1.了解光波产生稳定的干涉现象的条件。 干涉条纹。 2.观察白光和单色光的双缝干涉图样。 (3)调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条 3.测量单色光的波长。 亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1;转动手轮，使分 二、实验原理 划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第条相邻 相邻两条明条纹间距△x与入射光波长入，双缝 的明条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2,则相邻 易 S,、S2间距d及双缝与屏的距离1满足的关系式为 两条纹间的距离△x=1o,-0, n-1o 物 (4)换用不同的滤光片，测量其他色光的波长。 三、实验器材 3.数据处理：用刻度尺测量出双缝到光屏间的距 28 双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光 片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。 离1，由公式入=号4计算波长，重复测量、计算，求出 四、实验步骤 波长的平均值。 1.安装仪器 五、注意事项 光源滤光片单缝双缝 遮光筒 屏 1.安装时，注意使光源、滤光片、单缝、双缝的中心 均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝，双缝平行且间距 适当。 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具 2.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且 座上。 靠近。 (2)接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光。调 3.不要直接测△x,要测几个条纹的间距，计算得 节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达△x,这样可以减小误差。 光屏。 特别提醒：(1)实验中滤光片的作用是获得单色 (3)安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上， 光，要测量某种单色光的波长，实验中必须使用滤 使双缝和单缝的缝平行。 光片。 2.观察与记录 (2)照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单 (1)调单缝与双缝间距为5~10cm时，观察白光缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴；千涉条纹不清晰，一 的干涉条纹。 般原因是单缝与双缝不平行。