实验十四：测量玻璃的折射率 课件-2026届高考物理一轮复习

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，依据高考评价体系明确折射定律应用、插针法操作、数据处理（计算法/图像法/单位圆法）三大核心考点，通过近三年真题统计显示实验操作与误差分析占比达65%，归纳出仪器使用、光路确定、折射率计算三类常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题实战+素养导向”设计，如以2024湖北卷激光测量半圆柱体玻璃砖折射率为例，通过科学思维中的模型建构（几何关系推导n=y/x）和科学探究中的误差分析（半圆弧半径偏差影响），指导学生掌握“单位圆法”“图像斜率法”等突破技巧。特设易错点专题（如玻璃砖平移/界面间距画错对结果的影响），助力学生高效得分，教师可据此精准开展实验专题复习，提升备考效率。

实验十四 测量玻璃的折射率 ◆ 1 一、实验目的 1.学会用“插针法”确定光路. 2.学会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率. ◆ 2 二、实验原理 如图所示，用插针法确定入射角和折射角，根 据 计算玻璃折射率. ◆ 3 三、实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针(四枚)、图钉(四枚)、量角器(或圆规)、三角 板(或直尺)、铅笔. ◆ 4 四、实验步骤 1.首先把白纸铺在木板上并用图钉将白纸固定. 2.在白纸上画一直线作为界面，过上的一点画出界面的法线 ， 并画一条线段 作为入射光线. 3.把长方体玻璃砖放在白纸上，并使其长边与 重合，再用直尺画出玻璃 砖的另一边 . 4.在线段上竖直地插上两枚大头针、 . ◆ 5 5.从玻璃砖一侧透过玻璃砖观察大头针、 的像，调整视线的方向直 到的像被的像挡住.再在一侧插上两枚大头针、，使 能挡住 、的像，能挡住本身及、 的像. 6.移去玻璃砖，在拔掉、、、 四枚大头针的同时分别记下它们的 位置，过、作直线交于.连接、， 就是玻璃砖内折射 光线的径迹.为入射角， 为折射角. 7.改变入射角，重复实验. ◆ 6 五、数据处理 1.计算法 用量角器测量入射角<m></m>和折射角<m></m>，并查出其正弦值<m></m>和<m></m>.算出不 同入射角的<m></m>值，并取平均值. 2.作<m></m>图像 改用不同的入射角<m></m>，测出不同的折射角<m></m>，作 <m></m>图像，由<m></m>可知图像应为直线，如图 所示，其斜率为折射率. ◆ 7 3.“单位圆法”确定、，计算折射率 以入射点为圆心，以一定长度 为半径画圆，交入射光线于点，交折射光线于点，过作的垂线 ，过作的垂线，如图所示，则 ，，又，则 ，只要用刻度尺测出、的长度就可以求出 . ◆ 8 六、注意事项 1.实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且和之间、和 之 间、与之间、与 之间距离要稍大一些. 2.入射角不宜太大(接近)，也不宜太小(接近).入射角 太大：反射 光较强，折射光较弱；入射角 太小：入射角、折射角测量的误差较大. 3.操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子 画边界线. 4.实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变. 5.玻璃砖应选用宽度较大的，宜在 以上，若宽度太小，则测量误差较大. ◆ 9 例1 [2024·安徽卷] 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，按如图所示进行实验，以下表述正确的一项是 ___.(填正确答案标号) ◆ 10 A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线和 B.在玻璃砖一侧插上大头针、 ，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头 针，使把挡住，这样就可以确定入射光线和 入射点 .在眼睛这一侧，插上大头针，使它 把、都挡住，再插上大头针，使它把 、 、都挡住，这样就可以确定出射光线 和出射点 C.实验时入射角 应尽量小一些，以减小实验误差 √ ◆ 11 [解析] 在白纸上画出一条直线 作为界面，把长方体玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与 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 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和 ，故A错误； ◆ 12 在玻璃砖一侧插上大头针、 ，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使把挡住，这样就可以确定入射光线和入射点 .在眼睛这一侧，插上大头针，使它把、都挡住，再插上大头针，使它把、、 都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点 ，故B正确；实验时入射角应尽量大一些，但也不能太大(接近 )，以减小实验误差，故C错误. ◆ 13 (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，频率越大，折射率越____(选填“大”或 “小”). 大 [解析] 由图乙可知，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 ，可知玻璃砖对绿光的折射率大于对红光的折射率，又因为绿光的频率大于红光的频率，所以频率越大，折射率越大. ◆ 14 (3) 为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微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 ，测得折射角分别为 、，则玻璃和该介质的折射率大小关系为 ___ (选填“ ”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. ◆ 15 [解析] 根据折射定律可知，玻璃的折射率为 ，该介质的折射 率为，其中，所以 . ◆ 16 变式 在用“插针法”测量玻璃折射率的实验中： 实验光路图如图甲所示，对实验中的一些具体问 题，下列说法正确的是___(填选项前的字母). A.为减小作图误差，和 的距离应适当小一些 B.为减小测量误差，和 连线与玻璃砖界面法线的夹角应适当取大一些 C.为减小误差，应当选用宽度较大的玻璃砖完成实验 D.实验中玻璃砖在纸上的位置不可移动，可用玻璃砖代替尺子画出边界线 以固定玻璃砖在纸上的位置 √ √ ◆ 17 [解析] 为减小作图误差，和的距离应适当大一些，A错误；和 连 线与玻璃砖界面法线的夹角应适当大一些，这样折射现象更明显，误差较 小，B正确；应当选用宽度较大的玻璃砖，这样光在玻璃砖中传播的路程 长，入射点与出射点距离较大，确定角度更准确， 误差更小，C正确；不可用玻璃砖代替尺子，应用 尺子画出玻璃砖界面，D错误. ◆ 18 (2) 小明同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面和 后，不小心碰了 玻璃砖使它向 一侧平移了少许，如图乙所示，他随后实验测出的折射 率______(选填“偏大”“偏小”或“不变”). 不变 [解析] 根据题意，如图甲所示，入射角与折射角都没有误差，测出的折射率不变. ◆ 19 (3) 小红同学在画界面时，不小心将两界面、 间距画得比玻璃宽度 大些仍然与平行 ，如图丙所示，他随后实验测得的折射率______ (选填“偏大”“偏小”或“不变”). 偏小 [解析] 根据题意，如图乙所示，入射角不受影响，折射角的测量值大于真实值，根据 ，因此测得的折射率偏小. ◆ 20 创新角度 实验装置图 创新解读 实验仪器的创新 _____________________________________________________ 1.激光测量半圆柱体玻璃砖 的折射率 2.作出 图像，斜率大 小等于折射率 ◆ 21 创新角度 实验装置图 创新解读 实验方法的创新 ____________________________________________________________ 利用方形不透光水槽和刻 度尺测量水的折射率 续表 ◆ 22 考向一 实验仪器的创新 例2 [2024·湖北卷] 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和 ，交 点为.将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴 ，并使其圆心位 于 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 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 . ◆ 23 ③拿走玻璃砖，标记光线与半圆弧的交点 . ④分别过、作的垂线、，、 是 垂足，并用米尺分别测量、的长度和 . ⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组和 的数据.根据这些数据作出 图像，如图乙所示. ◆ 24 (1) 关于该实验，下列说法正确的是___. 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 点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显 √ ◆ 25 [解析] 本实验中入射角越小，则折射角越小,、 的长度也越小，测 量的误差会变大，故A错误；激光的平行度好，确定光线方向更准确，比 用插针法测量更有利于减小误差，故B正确； 相同的材料在各点的折射效果都一样，选择 圆心 作为入射点，是为了利用 进行计算时约去半径 ， 减少要测量的长度个数,故C错误. ◆ (2) 根据 图像，可得玻璃砖的折射率为 _____________________ (保留三位有效数字). [解析] 设半圆柱体玻璃砖的半径为 ，根据几何关系可得入射角的正弦值为，折射角的正弦值为 ，折射率，可知 图像的斜率表示折射率，即 . 均可 ◆ (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 [解析] 根据(2)中数据处理方法可知,圆的半径在中间环节已约去,所以若描 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. ◆ 28 考向二 实验方法的创新 例3 [2024·广东深圳模拟] 如图甲所示，某同学利用方形不透光水槽和刻度尺测量水的折射率.主要实验步骤如下： (1)首先用刻度尺测量出水槽的高度和 底边的长度 ； (2)把刻度尺固定在水槽底部，与底边平行，且零刻度线一端紧抵 边； (3)水槽内无水时，在右上方调整视线，从观察点恰好能通过 看到水槽 底面边缘的 点，如图乙所示； ◆ 29 (4) 保持观察点 的位置不变，往水槽内加满水，此时刚好能看到刻度尺的点，测量出从___点到 点的距离，并记为 ； [解析] 点反射的光线从水中射入空气发生折射，折射光线经过点，光路图如图所示，保持观察点 的位置不变，往水槽内加满水，此时刚好能看到刻度尺上的点，为了测量折射率，需要测量出从点到 点的距离，并记为 . ◆ 30 (5) 水的折射率的表达式为_ _______(用、、 表示)； [解析] 结合上述光路图可知， ,则水的折射率 . ◆ 31 (6) 由于刻度尺的零刻度线不在边缘，稍偏右，导致水的折射率的测量值 与真实值相比______(选填“偏大”或“偏小”). 偏大 [解析] 由于刻度尺的零刻度线不在边缘，则、间的距离 的测量值偏小， 由于水的折射率 ，可知，折射率的测量值偏大. ◆ 32 1.小明想测量一块平行玻璃砖的折射率. (1) 如图所示，该玻璃砖的、面光洁，、 面粗糙.下列说法正确的是 _____(填选项前的字母). A.如果 面被磨损,会直接影响到折射率的测量 B. 面不宜直接用手去触碰 C. 面不宜直接用手去触碰 D.如果 面边缘有缺损,不会影响到折射率的测量 √ √ ◆ 33 [解析] 玻璃上下表面不平行也能测出折射率，所以如果 面被磨损,不会直接影响到折射率的测量，故A错误；手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的粗糙面或棱，不能触摸光洁的光学面，故B正确，C错误；玻璃的粗糙面对光路无影响,所以如果 面边缘有缺损,不会影响到折射率的测量，故D正确. ◆ 34 (2) 经过一系列正确的操作(如图甲所示)，作 图得到如图乙所示的图样，并测得 ， ， ，则该玻 璃砖的折射率为_____(结果保留3位有效数字). 1.56 [解析] 根据折射定律得，由几何关系得， ， 联立解得 . ◆ 35 2.在“用插针法测定玻璃的折射率”实验中，甲、乙两位同学分别使用矩形 玻璃砖和梯形玻璃砖进行实验. (1) 甲同学在纸上画出的界面、 与矩形玻璃砖位置的关系如图甲所 示，若其他操作均正确，且以、 为界面画光路图，则测得的折射率 与真实值相比___(填选项前的字母). A.偏大 B.偏小 C.不变 D.不确定 √ ◆ 36 [解析] 甲同学的测量可能出现三种可能，光路图如图甲所示，当出射点 为时，测量值与真实值相同，当出射点在 左侧时，测量值小于真实值， 当出射点在 点右侧时，测量值大于真实值，故丙同学测得的折射率与真 实值相比可能偏大，也可能偏小，还可能不变. ◆ 37 (2) 乙同学使用梯形玻璃砖经正确操作插好了4枚大头针，如图乙所示，其垂直投影平面图如图丙所示.该玻璃砖的折射率 ______________________(结果保留3位有效数字). 均可 [解析] 作出光路图如图乙所示，假设每小格边长为1，根据 ，得 . ◆ 38 (3) 为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，乙同学 用梯形玻璃砖又做了两次实验，经正确操作共插好了8 枚大头针，如图丁所示，图中和 是同一入射光线 上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是 和___(选填“”或“ ”). ◆ 39 [解析] 沿 射入后，第一次折射时入射角大于折 射角，第二次折射时折射角大于入射角，若经过 点， 光路如图丙中直线1，若从 点射出，则如图丙中直 线2，则不能保证上述条件. ◆ 40 3.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 点射向 玻璃砖表面，在直尺上观察到、两个光点，读出、 间的距离为 ，、间的距离为 ，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离 ，玻璃砖厚度.由此可知，玻璃的折射率 _____，光在玻璃中的传播速度__________ .(光在真空中的传播速 度 ，结果均保留两位有效数字) ◆ 41 [解析] 作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角 ，设折射 角为，则，故折射率，故 . ◆ 42 $