第14章 实验十七 测量玻璃的折射率（课件PPT）-【金版新学案】2026年高考物理高三总复习大一轮复习讲义（新高考）

该高中物理高考复习课件聚焦“测量玻璃的折射率”实验专题，依据高考评价体系梳理了实验原理、操作规范、数据处理及误差分析等核心考点，通过教材原型与拓展创新实验分类，明确实验操作（如插针法、激光法）、折射率计算（n=sinθ1/sinθ2）、误差分析为高频考查内容，构建了系统的备考框架。 课件亮点在于“高考真题研析+破题策略指导”，精选2024安徽卷、2023广东卷等真题，以“破题三步曲”培养科学探究与科学思维素养。如2023广东卷激光实验中，通过测量d1、d2推导n=d2/d1，指导学生掌握几何关系转化技巧，助力教师精准定位学情，提升学生实验题得分能力。

实验十七　测量玻璃的折射率 高三一轮复习讲义 新高考 第十四章　光　学 实验梳理 夯根基 典例研析 提能力 课时测评 内容索引 实验梳理　夯根基 返回 原理装置 操作要求 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＝或n＝计算玻璃的折射率 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线上竖直插上两枚大头针P1、P2，在玻璃砖另一侧通过观察插上大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像； (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 数据处理 1．计算法：算出不同入射角时的n＝，并取平均值。 2.作sin θ1-sin θ2图像：其斜率为折射率n。 3.“单位圆”法 sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝ 注意事项 1.P1和P2之间、P3和P4之间、P2和O、P3和O′之间距离要稍大一些。 2.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。 3.实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 4.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 误差分析 1.确定入射光线、出射光线时引起误差，故入射光线、出射光线上所插两枚大头针的距离宜大一点。 2.测量入射角与折射角时引起误差，故入射角不宜过小，但也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱 返回 典例研析　提能力 返回 类型一　教材原型实验 例1 (1)几位同学做“用插针法测定玻璃砖的折射率”的实 验，图甲中直线aa′、bb′表示在白纸上画出的玻璃砖的两个 界面。几位同学进行了如下操作： A．甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′与bb′不平行，其他 操作正确 B．乙同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面aa′和bb′后，将玻璃砖向aa′方向平移了少许，其他操作正确 C．丙同学在白纸上画aa′、bb′两界面时，其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，其他操作正确 上述几位同学的操作，对玻璃砖折射率的测定结果没有影响的是______。 AB 甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′和bb′不平行，不会影响入射角和折射角的确定；乙同学将玻璃砖向aa′方向平移了少许，直线aa′、bb′之间的距离仍然等于玻璃砖的厚度，入射角和折射角的大小不变；丙同学在白纸上画aa′和bb′间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，所画的折射角比实际值大，测定的折射率将偏小。故选AB。 (2)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，已确定好入射 方向AO，插了两枚大头针P1和P2，如图乙所示(①②③是 三条直线)。在以后的操作说法中你认为正确的是_______。 A．在bb′侧调整观察视线，另外两枚大头针P3和P4可能插 在③线上 B．保持O点不动，减小入射角，在bb′侧调整观察视线，另外两枚大头针P3和P4可能插在①线上 C．保持O点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，这可能是光在bb′侧面发生全反射 √ 由折射定律可知，光线通过平行玻璃砖后向一侧发生侧移，由于光线在上表面折射时，折射角小于入射角，则出射光线向左侧偏移，如图所示，则另外两枚大头针P3和P4不可能插在③线上，故A错误；若保持O点不动，减小入射角，折射角也减小，另外两枚大头针P3和P4可能插在①线上，故B正确；若保持O点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，反射光增强，折射光线减弱，根据光路可逆性原理可知，光线不可能在bb′界面发生全反射，故C错误。 例2 (2024·安徽卷·T11)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________(选填正确答案标号)。 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 在白纸上画出一条直线a作为界面，把长方体玻璃砖放在 白纸上，使它的一个长边与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；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，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________(选填“大”或“小”)。 大 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，有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(α2<α3)，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃________(选填“>”或“<”)n介质。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。 > 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。 类型二　拓展创新实验 (2023·广东卷·T11)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； 例3 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。 2.25 刻度尺的最小分度为0.1 cm，由图(b)可知，d1为2.25 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)。 玻璃砖折射率的表达式n＝，代入数据可得n＝≈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___________。 稍小一些 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。 破题“三步曲” 例4 如图所示，一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率，请填写下述实验步骤中的空白。 (1)用刻度尺测出广口瓶瓶口内径d。 (2)在瓶内装满水。 (3)将刻度尺沿瓶口边缘竖直插入水中。 (4)沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的0刻度(即图中A点)，同时看到水面上B点刻度的像B′恰与A点的像相重合。如图所示，若水面恰与直尺的C点相平，则________和________________分别等于入射角和折射角。 ∠OAC ∠OBC或∠OB′C 从A点发出的光线经折射后进入眼睛，所以∠OAC等于入射角，∠OBC或∠OB′C等于折射角。 (5)读出________和_____________的长度。 AC AB或BC 若水面恰与直尺C点相平，应读出AC和AB的长度或AC和BC的长度。 (6)由题中所给条件和前面步骤得到的数据，可以计算水的折射率n＝ _______________________。 或 设从A点发出的光线射到水面时入射角为θ1，折射角为θ2，根据数学知识可知sin θ1＝，sin θ2＝或sin θ2＝ 则折射率为n＝ 联立可得n＝ 或。 破题“三步曲” 返回 课 时 测 评 返回 1．(6分)(2025·山东济宁模拟)如图甲 所示，某同学在“测定玻璃的折射 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挡住P1和P2的像 B．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像 C．插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像 D．插上大头针P4，使P4仅挡住P3 √ √ 2 3 4 5 6 7 1 该同学接下来要完成的必要步骤有：插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像；插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。故选AC。 2 3 4 5 6 7 1 (2)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的直线NN′，连接OO′，测 量图甲中角α和β的大小。则玻璃砖的折射率n＝________。 玻璃砖的折射率n＝。 2 3 4 5 6 7 1 (3)如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过窄。若其他操作正确，则折射率的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)准确值。 将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过窄但仍平行，而其他操作正确，会导致α角偏小，根据n＝，可知折射率的测量值将偏大。 2 3 4 5 6 7 1 2．(8分)用圆弧状玻璃砖做测量玻璃 折射率的实验时，先在白纸上放好 圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖 直插上两枚大头针P1、P2，然后在 玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经P1、P2点的入射光线。 (1)在图甲上补画出所需的光路。 (2)为了测出玻璃砖的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图甲中的AB分界面上标出这两个角，分别用i和r表示。 2 3 4 5 6 7 1 连接P3、P4表示出射光线，连接两光线与玻璃砖的交点，即为折射光线，测量的入射角i、折射角r及光路图如图所示。 答案： 2 3 4 5 6 7 1 (3)为了保证光线从弧面CD上射出，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当________(选填“小一些”“无所谓”或“大一些”)。 小一些 为防止光线在弧面CD发生全反射，光线在弧面AB的入射角应适当小一些。 2 3 4 5 6 7 1 (4)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝________。 1.5 根据题图乙得玻璃的折射率n＝＝1.5。 2 3 4 5 6 7 1 3．(8分)某物理实验小组用下面的方法测量液体的折射率。 (1)请将下列实验步骤补充完整： ①取一个圆形的软木塞，用游标卡尺测其直径d的示数如图甲所示，则d＝________mm。 ②在它的圆心处竖直插上一根大头针，让 软木塞浮在液面上(如图乙所示)。 ③调整大头针插入软木塞的深度，使它露 在液体里的长度为h，这时从液面上方的各个方向都恰好看不到大头针。 30.1 根据游标卡尺的读数规律，该读数为 30 mm＋0.1×1 mm＝30.1 mm。 2 3 4 5 6 7 1 由于从液面上方的各个方向都恰好看不到大头针，表明恰好发生全反射，根据几何关系有 sin C＝ 根据临界角与折射率的关系有sin C＝ 解得n＝。 (2)用d和h求折射率的计算式为____________。 n＝ 2 3 4 5 6 7 1 根据上述公式，代入给定数值有 n＝≈1.41。 (3)若用刻度尺测得大头针露在液体里的长度为h＝1.50 cm，利用测得的d和h数据，求出液体的折射率n＝________(保留3位有效数字)。 1.41 2 3 4 5 6 7 1 4．(6分)(2024·湖北卷·T11)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： 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(a)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。 2 3 4 5 6 7 1 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(b)所示。 2 3 4 5 6 7 1 (1)关于该实验，下列说法正确的是________(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 在本实验中，为了减小测量误差，入射角应适当大些，因为入射角越大，折射角也越大，则入射角和折射角的测量误差都会减小，从而使折射率测量的误差减小，A错误；与插针法测量相比，激光的平行度良好，能更准确地确定入射光线和折射光线，从而更有利于减小实验误差，B正确；选择圆心O点作为入射点，是因为便于计算，并不是因为此处的折射现象最明显，C错误。 B 2 3 4 5 6 7 1 (2)根据y-x图像，可得玻璃砖的折射率为________(保留3位有效数字)。 1.58 2 3 4 5 6 7 1 设入射角为α、折射角为β、半圆弧 轮廓线半径(玻璃砖半径)为R，则由 几何关系可知sin α＝、sin β＝， 根据折射定律可得玻璃砖的折射率 n＝，结合题图(b)可知y-x图 像的斜率为该玻璃砖的折射率，故该 玻璃砖的折射率n＝≈1.58。 2 3 4 5 6 7 1 (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________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 不变 由(2)问分析可知折射率的表达式中没有半圆弧轮廓线半径R，所以轮廓线半径的测量误差对实验结果没有影响，即折射率的测量结果不变。 2 3 4 5 6 7 1 5．(6分)(2025·重庆八中模拟)某实验小 组要测量一半圆形玻璃砖的折射率。他 们先在平铺的白纸上画出半圆形玻璃砖 的直径ab和圆心O，过O点画法线、并画 出一条入射光线cO，cO与法线的夹角为 30°。将半圆形玻璃砖沿着直径放好，紧贴b点放置与法线平行的光屏，如图甲所示。现用一绿色激光笔沿着cO方向射入一束光。在光屏上的P点出现一个光斑。用刻度尺测出玻璃砖的半径为R，OP＝1.5R。 (1)玻璃砖的折射率n＝________。(结果用分数表示) 2 3 4 5 6 7 1 由题意可知，入射角为30°，折射角与∠OPb大小相等，且sin ∠OPb＝ 根据折射定律可得玻璃砖的折射率为n＝。 2 3 4 5 6 7 1 若改用红色激光笔照射，玻璃对红光的折射率小，则光屏上的光斑会出现在P点上方。 (2)若改用红色激光笔照射，其他条件不变，则光屏上的光斑会出现在________(选填“P点上方”“P点下方”或“P点”)。 P点上方 2 3 4 5 6 7 1 (3)若实验过程中，实验小组的同学不小心将玻璃砖向左下方平移，但入射光线仍能通过玻璃砖的圆心，如图乙所示。在光屏上出现一个光斑，小组同学将此光斑仍记作P点，并在白纸上连接O、P两点作为出射光线，则此时测得的折射率_________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。 大于 2 3 4 5 6 7 1 作出光线的传播路径如图所示。由图可知，实际出射光线为O′P，测得的折射角大于实际折射角，因此测得的折射率大于真实值。 2 3 4 5 6 7 1 6．(6分)(2025·河北唐山二模)某同学利用顶角为θ的直角三角形玻璃砖ABC做“测量玻璃砖的折射率”的实验，实验步骤如下： ①在木板上铺一张白纸，将三角形玻璃砖放在白纸上并描出玻璃砖的轮廓。 ②在垂直于AB边方向上插上两枚大头针P1和P2，从BC一侧透 过玻璃砖观察，在观察位置插第三个大头针P3，使其挡住P1、 P2的像，再插第四个大头针P4，使它挡住P3和P1、P2的像， 移去三角形玻璃砖和大头针，作出部分光路图如图所示。 2 3 4 5 6 7 1 为了准确测量光路图，应选用细的大头针完成实验，选用粗的大头针完成实验时，容易出现观察误差，使光线实际并不平行，故A错误；为了准确确定入射光线和折射光线，大头针应垂直插在纸面上，故B正确；大头针P1和P2、P3和P4之间的距离适当大些，相同的距离误差引起的角度误差会减小，角度的测量误差会减小，故C正确；为了防止弄脏玻璃砖，不能用笔紧贴玻璃砖表面画玻璃砖的轮廓线，故D错误。 (1)为了精确测量玻璃砖折射率，下列实验操作正确的是____； A．选用粗的大头针完成实验 B．大头针应垂直插在纸面上 C．大头针P1和P2、P3和P4之间的距离适当大些 D．画三角形玻璃砖的轮廓线时，用笔紧贴玻璃砖表面画线 √ √ 2 3 4 5 6 7 1 (2)将实验需要的光路图补充完整； 答案： 2 3 4 5 6 7 1 根据几何关系可知光线在BC面的入射角为90°－2θ，折射角为90°－α，根据折射定律可得n＝。 (3)该同学用量角器测得光线P3P4与BC边夹角为α，则三棱镜的折射率n＝ _________。 2 3 4 5 6 7 1 7．(10分)(2023·海南卷·T14)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。 (1)请在图中画出激光束经玻璃砖折射后完整的光路图； 答案： 光线穿过平行玻璃砖的出射光线和入射光线平行，过S1作BS2的平行线，交ad于C点，连接OC，光路图如图所示。 2 3 4 5 6 7 1 (2)已经测出AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，则折射率n＝ _________________(用l1、l2、l3表示)； 根据几何关系可知，折射角的正弦值sin i＝，入射角的正弦值sin r＝，根据折射定律得n＝。 2 3 4 5 6 7 1 (3)若改用宽度比ab更小的玻璃砖做实验，则S1、S2间的距离会________(选填“变大”“变小”或“不变”)。 变小 若玻璃砖的宽度变小，ad边与两条光线的交点距离变小，即BC变小，则S1、S2间的距离也会变小。 返回 2 3 4 5 6 7 1 谢 谢 观 看 实验十七　 测量玻璃的折射率 $