14.2　实验十七：测定玻璃的折射率——2027届高中物理一轮复习课件

该高中物理高考复习课件聚焦“测定玻璃的折射率”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、误差分析等核心考点，明确误差分析、光路图绘制为高频考查内容，归纳插针法操作、折射率计算等常考题型，备考针对性强。 课件亮点在于“原理深化+误差剖析+数据建模”的实战策略，如通过玻璃砖平移对折射率测量的影响分析，培养科学思维与科学探究素养，提供图像法、单位圆法等得分技巧，帮助学生掌握实验题答题逻辑，教师可据此精准指导高考复习。

第69课时　实验十七:测定玻璃的折射率 学习目标:1.掌握测量折射率的原理及方法。 2.会用插针法测量玻璃的折射率。 1.实验目的 会用插针法测定玻璃的折射率,掌握光发生折射时,入射角和折射角的确定方法。 2.实验原理 如图所示,abb'a'为一个两面平行的玻璃砖,入射角为θ1,折射角为θ2,根据n=计算出玻璃的折射率。 3.实验器材 白纸、图钉、大头针、长方体玻璃砖、直尺、铅笔、量角器、木板。 4.实验过程 (1)如图所示,将白纸用图钉按在绘图板上,先在白纸上画出一条直线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。 (2)把长方体玻璃砖平放在白纸上,使它的一条长边跟aa'对齐,画出玻璃砖的另一条长边bb'。 (3)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,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挡住。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置。 (4)移去大头针和玻璃砖,过P3、P4引直线O'B,与bb'交于O',直线O'B就代表了沿AO方向入射的光线透过玻璃砖后的传播方向。连接OO',入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'。 (5)用量角器量出入射角和折射角,查出它们的正弦值,将数据填入自己设计的表格中。 (6)改变入射角,用上述方法分别求出折射角,查出它们的正弦值,填入表格中。 (7)根据n=求得每次测得的折射率,然后求出平均值。 5.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)图像法:改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作出sin θ1-sin θ2的图像,由n=可知图像应是过原点的直线,如右图所示,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OA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',如下图所示,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。 命题分析 1.考规范:实验步骤、实际操作等的规范与否。 2.考运算:算折射率、入射角、入射点坐标等。 3.考推导:折射率的表达式。 4.考光路图:绘制部分光路图或判断光路图正误。 5.考误差分析:玻璃砖的移动、画线的偏差等导致折射率测量值与真实值的偏差(偏大、偏小)及其原因。 注意事项 1.入射角θ1不要定的太小,如果θ1太小,θ2会更小,用量角器测量角度时,相对误差较大。 2.在入射光线上插上大头针或确定O'B时插的大头针都要竖直。P1与P2及P3与P4的距离要适当大一些。 3.要先画直线aa',放上玻璃砖后再画bb'直线,不要放上玻璃砖后再画aa',以免入射点O的位置有误差。 4.画好界面bb'后,实验中不要再碰动玻璃砖,以免改变入射角和折射角,使测量结果出现错误。 5.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。 实验误差 1.确定入射光线、折射光线时会造成误差,故入射侧、折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。 考点一　教材原型实验 典例1　如图所示,某同学用“插针法”测量两面平行玻璃砖的折射率,他先在纸上紧贴玻璃砖画出参考线aa'bb',钉上大头针P1、P2,然后继续实验。并画出光路图,则下列说法正确的是(　　) A.入射角i尽量小一些,可以减小误差 B.P1、P2及P3、P4之间的距离取的小 一些,可以减小误差 C.若在钉大头针P3不小心使玻璃板 平移到了虚线框位置,则最终测得的 折射率偏大 D.若把bb'误画在了cc',其他操作均正确, 则测得的折射率偏小 D 解析 入射角如果尽量小一些小些,折射角也会小些,折射现象不明显,角度的相对误差会大些,故A错误;折射光线是通过隔着玻璃观察成一条直线确定的,大头针间的距离太小,引起的角度误差会较大,故P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些,可以提高精确度,故B错误;不小心把玻璃砖平移到了虚线框位置,则入射角和折射角都不会改变,不会影响折射率的测量,故C错误;若把bb'误画在了cc',导致折射角变大,所以测得的折射率就会偏小,故D正确。故选D。 典例2　如图所示,某同学在“测量玻璃的折射率”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仅挡住P2的像 B.插上大头针P3,使P3挡住P2的像和P1的像 C.插上大头针P4,使P4仅挡住P3 D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P2、P1的像 BD (2)过P3、P4作直线交bb'于O',过O作垂直于aa'的直线NN',连接OO'测量图 中角α和β的大小,则玻璃砖的折射率n=　　　　。  (3)如果在实验过程中不小心将玻璃砖向上平移了一些,bb'移到图中虚线位置,而在作光路图时aa'不变,则所测得的折射率将　　　　(选填“偏大” “偏小”或“不变”)。  (4)若所使用的玻璃砖的界面bb'与aa'不平行,其他操作无误,则所测得的折射率将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。  偏大 不变 典例3　在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图甲所示。 (1)下列做法正确的是　　　　　。   A.入射角越大,误差越小 B.在白纸上放好玻璃砖后,用铅笔贴着光学面 画出界面 C.实验时既可用量角器,也可用圆规和直尺等 工具进行测量 D.判断像与针是否在同一直线时,应该观察大头针的头部 C (2)请在图乙中画出完整的光路图。 (3)对你画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=                 (保留3位有效数字)。    1.54 (4)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图丙所示。图丙中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应折射光线上的2枚大头针是P3和　 　(选填“A”或“B”)。 A 解析 (1)入射角尽量大些,折射角也会大些,折射现象较明显,角度的相对误差会减小,但要注意并不是入射角越大越好,应适度,故A错误;为了防止弄脏玻璃砖,不能用铅笔贴着光学面画界面,故B错误;实验中需要测角度时既可用量角器,也可用圆规和直尺等工具进行测量,故C正确;判断像与针是否在同一直线时,应该观察大头针的整个部分,不能只观察其头部,故D错误。 (2)光路图如图所示。 (3)由图可知,取小方格的边长为单位长度, 则sin i=≈0.804、sin r=≈0.521、n=≈1.54。 (4)光线经由P1P2射入后光路图如图所示。 第一次折射时入射角大于折射角,第二次折射在玻璃砖内向空气中折射,折射角要大于入射角,出射光线要远离法线,由图可知经由P3A的出射光线符合事实,而经由P3B的出射光线靠近法线,不符合事实。故对应的出射光线上的2枚大头针是P3和A。 典例4　如图所示,一束光沿AO从空气射入介质中,以O点为圆心画一个圆,与折射光线的交点为B,过B点向两介质的交界面作垂线,交点为N,BN与AO的延长线的交点为M。以O点为圆心,OM为半径画另一圆。则以下线段长度的比值等于水的折射率的是(　　) A B C D C 考点二　拓展创新实验 实验设计的创新   利用激光笔结合标尺分析光点的位置变化替代插针法 数据处理的创新   1.实验器材选用三角形玻璃砖 2.光路图结合圆的几何特性求解折射率n= 实验目的的创新   用测液体的折射率替代测玻璃砖的折射率 典例5　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。如下图所示,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的距离d1=10.00 cm,玻璃砖厚度d2=4.00 cm,则该玻璃的折射率n=　　　　,光在该玻璃中传播速度v=　　　　 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)。  1.2 2.5×108 典例6　某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线,如图所示,并在入射光线AO上插上大头针P1、P2,现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上大头针P3和P4,便能确定光在玻璃砖中的折射光线。 (1)确定P3位置的方法正确的是　　　　;  A.透过玻璃砖,P3挡住P2的像 B.先插上P4大头针,在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置 C.透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像 C (2)作出光线在玻璃砖中和出射后光线的光路图,并画出玻璃砖中光线的折射角θ2; (3)经过多次测量作出sin θ1-sin θ2的图像如图,玻璃砖的折射率为 　　　　(保留三位有效数字);  (4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画的偏左了一些,则测出来的折射率　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”);  1.50 偏小 (5)该同学突发其想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验,两者的AC面是平行放置的,插针P1、P2的连线垂直于AB面,若操作无误,则在图中右边的插针应该是　　　。 A.P3P6 B.P3P8 C.P5P6 D.P7P8 C 解析 (1)确定P3位置的方法正确的是,透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像,故选C。 (2)光路如图所示。 (3)根据n=可知,图像sin θ1-sin θ2的斜率等于折射率,由图像可知玻璃砖的折射率为n==1.50。 (4)P4P3的连线与bb'的交点偏右,测得的折射角θ2偏大,则根据n=可知,测出来的折射率偏小。 (5)光路图如图所示,根据光路图可知,经过P1P2的光线经两块玻璃砖的分界处向下偏转,然后射入右侧玻璃砖后平行射出,所以在图中右边的插针应该是P5P6,故选C。 $