02-第4章 4.2 科学测量：玻璃的折射率（PPT同步课件）-【学而思】2026-2027学年高二物理选择性必修第一册（鲁科版）

该高中物理课件聚焦“测定玻璃的折射率”实验，围绕光的折射和全反射核心知识点，通过插针法实验步骤衔接折射定律理论与实际测量，搭建从原理理解到实验操作的学习支架，帮助学生掌握实验设计与数据处理方法。 其亮点在于以题组形式涵盖基础原理、误差分析及创新设计，结合多种玻璃砖类型（长方体、半圆形、三棱镜等）和多元数据处理（sinθ图像、几何线段法），体现科学探究与科学思维。例如用sinθ₁-sinθ₂图像验证折射定律，培养学生模型建构与科学推理能力，助力学生提升实验技能，为教师提供分层教学资源。

第4章 光的折射和全反射 第1讲　描述运动的基本概念 基础过关练 第2节　科学测量:玻璃的折射率 第1讲　描述运动的基本概念 题组一　实验原理与实验步骤 1.[2024山东烟台招远第二中学月考]某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时,其操作步骤如下: ①把长方体玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa'对齐,在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb'。 ②移去大头针和玻璃砖,连接P3、P4,通过P3、P4的连线与bb'的交点O'和aa'上的入射点O,作出玻璃砖中 的光线OO',测量出入射角θ1与折射角θ2,填入表格中。 ③在白纸上画出一条直线aa'代表两种介质的界面,过aa'上的O点画出界面的法线NN',并画一条线段AO 作为入射光线。 ④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。调整视线方向,直到 P1的像被P2的像挡住。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P1、P2的像以 及P3,记下P3、P4的位置。 第1讲　描述运动的基本概念 (1)上述步骤正确的操作顺序应为_________。 (2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2,并作出了sin θ1-sin θ2的图像如图所示,则实验时光线是由 ______射入_______(以上两空均选填“空气”或“玻璃”),该玻璃的折射率为___________。     1.5     　空气     玻璃     　③①④②     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)做“测定玻璃折射率”实验时,应先画出两个界面,然后在操作的过程中找到入射光线和折 射光线,最后移除器材后将中间的光线补充完整,所以正确的操作顺序为③①④②。 (2)由图像可知sin θ1<sin θ2所以光线是由玻璃射入空气。玻璃的折射率n= =1.5。 第1讲　描述运动的基本概念 题组二　实验数据处理及误差分析 2.[2026天津阶段测试]某实验小组在用插针法“测玻璃的折射率”实验中,画出的光路,如图甲所示。        (1)在实验前如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度______(选填 　大     第1讲　描述运动的基本概念 “大”或“小”)的玻璃砖来测量。 (2)该实验小组的同学在甲图的基础上,以入射点O为圆心作圆,与入射光线P1O、折射光线OO'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,如图乙所示,则玻璃的折射率n=_________ (用图中线段的字母表示)。 (3)若该组的同学在正确画出两界面后,不小心将玻璃砖平移了一些,如图丙所示(虚线表示玻璃砖边界), 其他操作无误,则他测得的折射率将_______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 　不变     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)为了减小折射角的测量误差,应使折射光线适当长些,即应选用宽度大的玻璃砖来测量。 (2)玻璃的折射率为n= = = 。 (3)如图所示,实线表示玻璃砖平移后实际的光路,虚线表示实验中得到的光路,可知实验中得到的入射 角、折射角与实际的入射角、折射角分别相等,由折射定律可知,测出的折射率不变。   第1讲　描述运动的基本概念 3.[2024广东惠州博师高中期中]某小组的甲、乙同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,如图1所示。 (1)为了减小实验误差,下列操作正确的是______。(填正确选项前的字母) A.必须选择边界平行的玻璃砖 B.选择的入射角应尽量小些 C.没有刻度尺时,可以将玻璃砖当尺子画界线 D.大头针P1、P2和P3、P4之间的距离应适当大些 (2)甲同学手头有圆规和刻度尺,但没有量角器,在完成了光路图以后,以O点为圆心、OA为半径画圆,交 OO'延长线于C点,过A点和C点作垂直法线的直线,与法线的交点分别为B点和D点,如图2所示。用刻度 尺测得AB的长度为x1,CD的长度为x2,则玻璃砖的折射率n=_________(用x1、x2表示)。 　D     第1讲　描述运动的基本概念          (3)乙同学正确操作后,在实验中多次改变入射角,测出多组相关角度θ1、θ2,作出cos θ2-cos θ1的图像,如图 3所示,则此玻璃砖的折射率n=____________。 (4)若该同学在确定P4位置时,不小心把P4位置画得偏左了一些,则测出来的折射率_______(选填“偏 大”“偏小”“不变”)。 　偏小         1.51     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)用插针法测折射率时,玻璃砖上、下表面不一定要平行,A错误;入射角较小,折射现象不明显, 误差较大,B错误;用玻璃砖当尺子画界线会增大实验误差,且容易损坏玻璃砖,C错误;大头针P1、P2和P3、 P4之间的距离适当大一些,会减小角度引起的误差,D正确。 (2)光由空气射入玻璃砖,入射角的正弦值sin i= ,折射角的正弦值sin r=cos θ2= ,则玻璃砖的折射率为 n= = = 。 (3)根据折射定律有n= = ,得cos θ2=cos θ1· ,则 = ,则此玻璃砖的折射率为n=1.51。 (4)若该同学在确定P4位置时,不小心把P4位置画得偏左了一些,则画出的光路图出射点向右移动,光射入 玻璃砖时的折射角偏大,则测出来的折射率偏小。 第1讲　描述运动的基本概念 4.[2024山东青岛中学期中,改编]在“测玻璃的折射率”实验中: (1)如图1所示,用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,下列说法正确的是______。   图1 A.若P1、P2间的距离较大,通过玻璃砖会看不到P1、P2的像 B.为减小测量误差,过P1、P2插点的直线与法线NN'的夹角应尽量小些 C.为减小作图误差,P3、P4间的距离应适当大些 　C     第1讲　描述运动的基本概念 (2)增大入射角时,出射点与入射点的水平距离将_______(选填“增大”或“减小”)。 (3)如果有宽度不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度______(选填“大”或“小”)的 玻璃砖来测量。 (4)在该实验中,光线是由空气射入玻璃砖,根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图2所示, 从图线可知玻璃砖的折射率为___________。       1.5     　大     　增大     图2 第1讲　描述运动的基本概念 (5)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置 的关系如图3所示,其中甲同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖,他们的其他操作均正确,且 均以aa'、bb'为界面画光路图。则:         甲 乙 图3 甲同学测得的折射率与真实值相比_______,乙同学测得的折射率与真实值相比_______。(均选填 “偏大”“偏小”或“不变”) 　不变     　偏小     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)根据光路可逆性原理结合几何关系可知,P1、P2间的距离较大,通过玻璃砖也会看到P1、P2的 像,A错误;为减小误差,入射角应适当大一些,即过P1、P2点的直线与法线NN'的夹角应尽量大些,但也不 能太大,B错误;为了减小作图误差,P3和P4间的距离应适当取大些,C正确。 (2)出射点与入射点的水平距离等于砖的宽度与折射角正切值的乘积,入射角增大,折射角就增大,玻璃 砖的宽度不变,所以出射点与入射点的水平距离增大。 (3)为减小折射角的测量误差,应使折射光线适当长些,故如果有几块宽度不同的玻璃砖可供选择,为了 减小误差,应选宽度大的玻璃砖来测量。 (4)玻璃砖的折射率n= ,则sin θ2= ·sin θ1,可知sin θ2-sin θ1图线斜率的倒数表示折射率,代入数据解得 n=1.5。 (5)甲同学测定折射率时,实验所得的折射光线为2,而实际的折射光线为1,如图甲所示。 第1讲　描述运动的基本概念 可知实验所得的折射角θ2偏大,则由折射率n= 可知,甲同学测得的折射率与真实值相比偏小;测折 甲 乙 射率时,只要操作正确,测量的结果与玻璃砖的形状无关,乙同学测得的折射率与真实值一致。 第1讲　描述运动的基本概念 能力提升练 第2节　科学测量:玻璃的折射率 第1讲　描述运动的基本概念 题组一　实验原理创新设计 1.[2026重庆渝中联考]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°。使半圆形 玻璃砖的直径沿着画好的直径,将玻璃砖放好,紧贴b点放置与法线平行的光屏,如图1所示。现用一红 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。 第1讲　描述运动的基本概念 (1)玻璃砖的折射率n=_________。(结果用分数表示) (2)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2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     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (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n= = 。 (2)作出光线的传播路径如图所示,O'P表示实际的出射光线(破题关键),OP是测得的出射光线,则测得的 折射角偏大,因此测得的折射率大于真实值。 第1讲　描述运动的基本概念 2.[2025广西南宁检测]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=______,光在玻璃 中的传播速度v=___________ m/s。(光在真空中传播速度c=3.0×108 m/s,结果保留2位有效数字)     2.5×108         1.2     第1讲　描述运动的基本概念 解析　作出光路图如图所示,根据几何知识可得入射角i=45°,折射角r=37°,故折射率n= ≈1.2,故v=  =2.5×108 m/s。 第1讲　描述运动的基本概念 3.[2024广东茂名期末]长方体形状的玻璃砖有一个表面镀银(光线不能透过),现利用“插针法”测定此 玻璃砖的折射率。如图甲所示,实验时,先将玻璃砖平放到水平面内的白纸上,镀银面与纸面垂直。贴 着玻璃砖前后两个面在纸上画出直线m1m2和k1k2,其中m1m2侧为镀银面。然后在白纸上竖直插上两枚 大头针P1、P2。        (1)准备插第三枚大头针时,应在_________侧观察(选填“m1m2”或“k1k2”)。 (2)插第三枚大头针时,这枚大头针应______。 　C     　k1k2     第1讲　描述运动的基本概念 A.只挡住P1的像 B.只挡住P2的像 C.同时挡住P1和P2的像 (3)插完所需大头针,在图甲上补全光路的示意图。图乙为光路的一部分,A1、B1均为光路上的点,分别 过A1、B1作直线k1k2的垂线,垂足分别为A2、B2,已知图中A1O=B1O,则玻璃砖的折射率可表示为______。 A. 　　　　　B. 　　　　　C. 　　　　　D.  　A     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)由于m1m2表面镀银,光线不能透过,要得到折射光线,只能利用m1m2面将光反射,使光线再次在 k1k2面上发生折射,此时折射光线从k1k2面射出,则准备插第三枚大头针时,应在k1k2侧观察。 (2)插第三枚大头针时,这枚大头针应同时挡住P1和P2的像,故选C。 (3)插好大头针P3、P4后,画出折射光线,找到折射光线与k1k2的交点O',初始的入射光线与k1k2交点记为O, 找到OO'的中点M,作直线MN⊥m1m2,垂足为N,则ON、NO'为光线在玻璃砖中的光路。完整光路的示 意图如图1所示。光线在k1k2面入射时,角度关系如图2所示。根据折射定律可得n= = = ,故 选A。 第1讲　描述运动的基本概念 方法技巧     先画出实际光路图,再针对界面画出求解折射率的光路图。根据入射角和折射角的变化来分析折射率 的变化情况。 第1讲　描述运动的基本概念 题组二　求其他形状玻璃砖的折射率 4.[2024重庆巴蜀中学期中]某同学准备测量一个锐角为30°的直角三棱镜的折射率,实验步骤如下: ①在木板上铺一张白纸,将三棱镜放在白纸上并描出三棱镜的轮廓,如图中△ABC所示。   ②在垂直于AB的方向上插上两枚大头针P1和P2,在棱镜的BC侧透过三棱镜观察两个大头针,当P1的像恰 好被P2的像挡住时,插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上大头针P4,使P4_____________________。 移去三棱镜和大头针,大头针在纸上的位置如图所示。 请完成下列实验内容: 　挡住P3和P1、P2的像     第1讲　描述运动的基本概念 (1)将实验需要的光路图补充完整。 (2)该同学用量角器测量光线在BC界面发生折射时,折射光线与BC边夹角为37°,则三棱镜的折射率n= ___________。(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)     1.6     第1讲　描述运动的基本概念 解析　②根据测玻璃的折射率的实验原理可知,应先在垂直于AB的方向上插上大头针P1、P2,在棱镜的 BC侧透过三棱镜观察,使P2的像挡住P1的像;再插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,最后插上大头针P4,使 P4挡住P3和P1、P2的像。 (1)光路图如图所示:   (2)根据几何关系可知,光线在BC面的入射角为30°,折射角为53°,根据折射定律可得n= =1.6。 第1讲　描述运动的基本概念 5.[2025山东青岛期末]用圆弧状玻璃砖做测定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,在纸上已 标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图所示(O为两圆弧圆心,图中已画出经过P1、P2点的入射光 线)。   (1)在图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,请在图中 的AB分界面上画出这两个角; (3)用所测物理量计算折射率的公式是n=_________。 第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)根据题意,连接P3、P4,其反向延长线与CD弧面的交点即为出射点,P1、P2的连线与AB弧面的 交点即为入射点,入射点与出射点相连后的线段即为光在圆弧状玻璃砖内的光路,如图所示。 (2)入射点与O的连线为法线,P1、P2连线为入射光线,入射光线与法线的夹角为入射角,设为i;入射点与 出射点的连线为折射光线,折射光线与法线的夹角为折射角,设为r,如图所示。 (3)由光的折射定律可得,玻璃砖的折射率为n= 。 第1讲　描述运动的基本概念 6.[2024湖北武汉期中联考]如图所示的阴影部分ABC为一透明光学元件的横截面,AC为圆心为O的 圆 弧面,ABCO构成正方形。现要测定该元件的折射率,可供选用的器材还有:大头针、笔、刻度尺、圆 规、平整的木板、图钉、白纸。 Ⅰ.某小组进行了如下的实验操作,请将步骤补充完整。 (1)将白纸用图钉固定在平整木板上,在白纸上画出光学元件的横截面图,标好对应关系,把光学元件放 在白纸上,使它的横截面与纸上画线部分对齐; 第1讲　描述运动的基本概念 (2)在O点竖直插大头针P1; (3)选择合适的点竖直插大头针P2,在BC外侧调整视线观察到大头针P1和P2的像使P2的像挡住P1的像,再 竖直插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住____________,P4挡住_____________________; (4)移去大头针和光学元件,记录好P2、P3和P4的孔洞位置,在固定好的白纸上作出直角坐标系xOy,Ox轴 与OC重合,Oy轴与OA重合,用刻度尺测出P2、P3和P4在直角坐标系xOy中的坐标P2(2,1.5),P3(7,7),P4(10,1 1)。则此光学元件折射率测量值为n=____________(结果保留3位有效数字)。 Ⅱ.根据小组的实验过程,下列措施能够提高实验精确度的是 (    ) A.应选用较粗的大头针完成实验 B.应选用较细的大头针完成实验 　BD         1.33     　P3和P1、P2的像     　P1、P2的像     C.插在光学元件同侧的两枚大头针间的距离应适当小些 D.插在光学元件同侧的两枚大头针间的距离应适当大些 第1讲　描述运动的基本概念 解析　Ⅰ.(3)根据实验原理可知,选择合适的点竖直插大头针,在BC外侧调整视线观察到大头针P1和P2 的像,使P2的像挡住P1的像,再竖直插上两枚大头针,使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像。 (4)设BC上的入射角为i,折射角为r,P2(x2,y2),P3(x3,y3),P4(x4,y4),则有n=  而 sin r= ,sin i=  代入数据联立解得n≈1.33 Ⅱ.为提高实验精确度,应选用较细的大头针完成实验,这样可以准确地确定光线的传播方向,A错误,B正 确。插在光学元件同侧的两枚大头针间的距离应适当大些,这样可减小确定光线方向时产生的误差,故 C错误,D正确。 第1讲　描述运动的基本概念 $