4.2 实验：测定玻璃的折射率(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册（教科版）

该高中物理课件围绕“测定玻璃的折射率”实验展开，从实验目的出发连接光的折射规律，通过插针法确定光路、计算法图像法单位圆法处理数据构建学习支架，帮助学生掌握实验原理与操作。 其亮点在于注重科学探究与科学思维，实验步骤严谨含误差分析，数据处理方法多样如图像法斜率求折射率，题型涵盖原型与创新实验。学生能提升实验技能与思维能力，教师可高效开展教学。

2.实验：测定玻璃的折射率 第四章　光及其应用 1 目 录 CONTENTS 基础知识落实 必备技能培养 教学效果检测 课时作业 2 基础知识落实 目 录 3 一、实验目的 1. 学会利用插针法测定玻璃的折射率。 2. 学会利用计算法、图像法、单位圆法处理实验数据。 二、实验原理 用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测出入 射角i和折射角r，根据折射定律计算出玻璃的折射率 n=。 三、实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板（或直 尺）、铅笔。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 四、实验步骤 1. 如图所示，先在白纸上画一条直线EE′，代表两种介质的分界面；再画出一直线段AB代表入射光线；然后画出分界面上B点处的法线NN′。 2. 把矩形玻璃砖放在白纸上，使它的一条 长边与EE′对齐，用直尺或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FF′代表玻璃砖的另一边。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 3. 在直线AB上竖直地插上两枚大头针G1、G2，放回玻璃砖，然后透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像，调整视线方向，直到G1的像被G2的像挡住。 4. 再在观察的这一侧先后竖直地插上两枚大头针G3、G4，用G3挡住G1、G2的像，再用G4挡住G3以及G1、G2的像。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 5. 移去大头针和玻璃砖，过G3、G4的插点画直线CD，与FF′相交于C点，直线CD就表示沿直线AB入射的光线透过玻璃砖后的出射光线。连接BC， BC就是折射光线在玻璃砖内的路径。 6. 用量角器量出入射角i和相应的折射角r，查出它们的正弦值。改变入射 角i的数值，多次重复实验，例如入射角i分别取15°、30°、45°、 60°、75°等。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 五、数据处理 1. 计算法：通过量角器测量入射角和折射角，然后查数学用表，得出入射 角、折射角的正弦值，再代入n=中求多次不同入射角时n的值，然后取 其平均值，即为玻璃砖的折射率。 2. 图像法：求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出sin i－sin r图 像，由n=可知图像应为直线，如图所示，其斜率为折射率。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 3. 单位圆法：在不使用量角器的情况下，可以用画单位圆法。 （1）以入射点B为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线AB于M 点，交折射光线OO′于M′点，过M作NN′的垂线MH，过M′作NN′的垂线 M′H′，如图所示。 （2）由图中关系sin i=，sin r=，BM=BM′=R，则n==，只要 用刻度尺测出MH、M′H′的长度就可以求出n。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 六、注意事项 1. 实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且大头针之间及大头针与光线 转折点之间的距离要稍大一些。 2. 入射角i应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大。 3. 在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画 界线。 4. 在实验过程中，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5 cm以上，若宽度太小，则测量误 差较大。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 七、误差分析 1. 入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两 枚大头针间距应大一些，玻璃砖应宽一些。 2. 入射角和折射角的测量会造成误差，故入射角大小应适当，一般取入射 角在15°~75°，以减小测量的相对误差。 3. 玻璃砖的边界确定不准确造成误差。 若实验中移动了玻璃砖，或所画边界与玻璃砖实际边界不重合，会造成入 射角或折射角错误，故实验中应使所画边界与玻璃砖实际边界一致，且实 验中保持玻璃砖位置不动。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 必备技能培养 目 录 12 题型一　教材原型实验 在通过“插针法”测量玻璃的折射率实验中： （1）如图甲所示为实验使用的长方体玻璃砖，实验时不能用手直接接触 玻璃砖的 （选填“磨砂面”或“光学面”）。 光学面 解析：玻璃砖的光学面不能用手直接接触，否则，接触面的污渍会 影响接触面的平整度，进而影响折射率的测定。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （2）关于该实验，有以下操作步骤（参照图乙）： A． 摆好玻璃砖，确定玻璃砖上、下边界aa′、bb′； B． 任意画出一条入射光线，在光路上插上大头针P1、P2； C． 在确定P3、P4位置时，应使P3挡住P1、P2的像，P4挡住 ⁠ ⁠； D． 在确定P3、P4位置时，二者距离应适当 （选填“近”或“远”）一 些，以减小误差。 P3以及P1、P2 的像 远　 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析： 在确定P3、P4位置时，应使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3以及 P1、P2的像；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，可以提高准确度。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （3）如图丙所示，过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的直线 NN′，连接OO′。用量角器测量图乙中角α和β的大小，则玻璃的折射率 n= ⁠。 　 解析： 根据折射定律有sin α•n=sin β 解得折射率为n=。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （4）小薇同学实验获得的大头针位置如图所示，请帮助她画出该实验完 整的光路图。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 答案：见解析图 解析： 连接P1和P2并延长交玻璃砖的上 表面于O1点，连接P3和P4并延长交玻璃砖的 下表面于O2点，连接O1O2，则O1O2是光在玻 璃内的折射光线，光路图如图所示。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （2025•四川凉山高二下期末考试）某同学采用插针法测玻璃的折射 率，实验步骤如下： 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （1）在方格纸上画出一条直线a作为界面（线），过a上的一点O画出界面 的法线MN，并画一条线段AO作为入射光线，再把玻璃砖放到方格纸上， 上边界与a对齐，画出玻璃砖的下界面b的位置； （2）在表示入射光线的AO上插上大头针P1、P2； （3）在玻璃砖的另一侧依次插上大头针P3、P4，使P3挡住 ，使P4挡 住 （均选填“A”“B”“C”“D”）； A． P1、P2 B． P1、P2的像 C． P1、P2和P3 D． P1、P2的像和P3 B　 D　 解析：在玻璃砖的另一侧依次插上大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的 像，故选B；使P4挡住P1、P2的像和P3，故选D。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （4）请在图中补充完整光路图； 答案：见解析图 解析： 完整光路图如图甲。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （5）该同学在实验过程中画出界面a后，不小心将玻璃砖向下平移了一 些，之后才画上界面b，则所测得的折射率将 （选填“偏大”“偏小” 或“不变”）。 解析： 由于画出界面a后将玻璃砖向下平移了一些，之后才画上界面b，这会导致如图乙所示的变化，由图乙可以看出，实际折射角比所画的折射角小，根据折射定律n=可知所测得的折射率将偏小。 偏小　 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 题型二　拓展与创新实验 制作近视眼镜时需要控制镜片的厚度。某同学猜想：制作相同度数 的眼镜，镜片的厚度与其材料的折射率相关。为探究该猜想，他找来度数 相同、镜片厚度不同的两副眼镜，以及两个形状相同的半圆形玻璃砖1 （与厚镜片材质相同）和玻璃砖2（与薄镜片材质相同）。设计了如下实 验： a．用刻度尺测出半圆形玻璃砖的直径D； b．在木板上固定一张白纸，将玻璃砖水平放置在白纸上，用笔描出玻璃 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； 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） c．将玻璃砖1放在白纸上，使之与边界完全重合，用长直刻度尺MN紧靠A 点并与AB垂直放置； d．调节激光器，使光线沿PO射向圆心O，并使长直刻度尺MN的左右两端 均出现亮点，记下左侧亮点到A点的距离为x1，右侧亮点到A点的距离为 x0。 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PO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，测得x1＞x2。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （1）画出步骤d、e中对应的光路图。 答案：见解析图 解析： 步骤d、e中对应的光路图如图。 （2）玻璃砖1的折射率可表示为 ⁠。 解析：玻璃砖1的折射率可表示为n1=== 。 　 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （3）根据实验可知厚镜片材质的折射率比薄镜片材质的折射率 ⁠ （选填“大”或“小”）。该实验主要采用的实验方法是 （选填“放 大法”“理想实验法”或“替代法”）。 解析： 根据n1= 可知因两次实验中x0相同，x1越大，折射率 越小，因为x1＞x2，可知厚镜片材质的折射率比薄镜片材质的折射率小。 该实验主要采用的实验方法是替代法。 小　 替代法　 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 　（2025•四川眉山高二下期末测试）某同学在学习光学时做了两个实 验，他在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。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （1）帮助该同学在图甲上补画出光路以及入射角i和折射角r； 答案：见解析图 解析：连接P3、P4与CD交于一点，此交点即为 光线从玻璃砖中射出的位置，又由于P1、P2的 连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置， 连接两点即可作出玻璃砖的折射光线，O点与 光线在AB上的入射点的连线即为法线，入射角和折射角如图中i、r所示。作出光路图如图所示。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （2）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，由图像可知该玻璃砖的折射 率n= ⁠。 解析： 根据折射定律，有n= 图像的斜率k=n 由题图乙可知斜率为1.5，即玻璃砖的折射率为1.5。 1.5　 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 教学效果检测 目 录 30 1. （2026•四川泸州高三上一模）某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率， 所用的玻璃砖两面平行。正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如 图甲所示。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （1）下列说法正确的是 ⁠（填标号）。 A． 入射角适当大些，可以提高精确度 B． P1、P2及P3、P4之间的距离取的小些，可以提高精确度 C． P1、P2的间距，入射角的大小均与实验的精确度无关 A　 解析：入射角适当大些，可减小测量入射角和折射角时的偶然误差，可以提高精确度；P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些，会造成确定入射光线和出射光线时的误差增大，故选A。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （2）此玻璃的折射率计算式为n= （用图中的θ1、θ2表示）。 　　 解析： 根据光的折射定律，此玻璃的折射率计算式为 n==。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （3）若该同学用他测得的多组入射角i与折射角r，作出sin i－sin r的图像 如图乙所示，下列判断正确的是 ⁠（填标号）。 A． 他做实验时，研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象 B． 玻璃的折射率为0.67 C． 玻璃的折射率为1.49 AC　 解析： 因＞1，即入射角大于折射角，所以他做实验时，研究的是光线 从空气射入玻璃的折射现象，选项A正确；玻璃的折射率 n==≈1.49，选项B错误，选项C正确。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 2. 小明利用插针法做“测定玻璃砖的折射率”实验，正确操作后在白纸上画出了入射光线和折射光线，由于没有量角器，小明采用以下方法处理数据：以入射点O为圆心在白纸上作圆，该圆与入射光线、折射光线分别交于A、B两点，再过A、B两点作法线MN的垂线，垂足分别为C、D点，如图1所示，然后改变入射角，重新进行实验，并仍按上述方法进行数据处理；设AC、BD的长度分别为x、y，小明一共获得了8组x、y值，并在y－x坐标系中描出各对应的点，如图2所示，根据图可求得该玻璃砖的折射率 为 ⁠。（保留三位有效数字） 1.50（1.48~1.52均可）　 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析：设玻璃砖的折射率为n，其中入 射角、折射角分别为i、r，则有sin i==，sin r==，n==，由此可 知y－x中图像的斜率k满足k=，根据坐 标系中描出的点得到的直线如图所示， 由此可知k==，解得 n=1.50。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 3. （2025•四川成都高二下期末联考）某同学做测定玻璃的折射率实验， 所用器材有：玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸。 （1）关于该实验，下列说法正确的是 ⁠（填标号）。 A． 实验时可以把玻璃砖界面当尺子画界线 B． 选用两光学表面间距大的玻璃砖，有利于提高实验准确度 C． 在aa′界面的入射角越大，实验准确度越高 D． 实验时用细大头针比用粗大头针更有利于提高实验准确度 BD　 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析： 用玻璃砖界面当尺子画界线会增大实验误差，且容易损坏玻 璃砖，选项A错误；为了减小实验误差，选用的玻璃砖的两光学表面间距 应尽量大些，这样，玻璃砖内的折射光线能尽量长些，有利于提高实验准 确度，选项B正确；为了减小测量的相对误差，选择的入射角应适当大 些，效果会更好，但并不是入射角越大，准确度越高，当入射角过大时， 折射光太弱，会增加实验误差，选项C错误；实验时为了减小误差，要用 细大头针完成实验，选项D正确。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （2）该同学实验后在白纸上画出光线的径迹如图甲所示，以入射点O为圆 心作圆，与入射光线、折射光线分别交于P、Q两点，再过P、Q两点分别 作法线MM′的垂线，垂足分别为A、B两点，则玻璃的折射率为n= ⁠ （用图中线段的字母表示）。 　 解析： 玻璃的折射率为n===。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （3）若某次实验时该同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系 如图乙所示，其他实验操作均正确，则该同学测得的折射率与真实值相 比 （选填“偏大”或“偏小”）。 解析： 该同学测定折射率时，作出的折射光线如图中 虚线所示 实线表示实际光线，可见测量的折射角偏大，则由折射定律可知，测得的折射率将偏小。 偏小　 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 课时作业 目 录 41 1. （2026•四川泸州期中测试）小刚同学想测量一块平行玻璃砖的折射 率。如图放置的平行玻璃砖分别标注为上下表面A，前后侧面B，左右侧面 C及右上角D。其中玻璃砖的A、C面粗糙，B面光洁。 （1）针对如图所示的该平行玻璃砖，下列说法正确的是 ⁠（填序 号）。 A． 如果A面被磨损会直接影响折射率的测量 B． B面不宜直接用手去触碰 C． C面不宜直接用手去触碰 D． D角边缘有缺损一定会影响折射率的测量 B　 1 2 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析： 如果A面被磨损，不影响观察大头针，不会直接影响到折 射率的测量，A错误；直接用手去触碰B面，影响观察大头针，B面不 宜直接用手去触碰，B正确；C面可以直接用手去触碰，不影响观察大 头针，C错误；D角边缘有缺损，不影响观察大头针，不会影响折射率 的测量，D错误。 1 2 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （2）小刚同学经过一系列正确的操作（如图甲），作图得到如图乙所示 的图样，并测得A1A2=A2A4=40.0 mm，A1A3=30.0 mm，A4A5=15.0 mm，则 该玻璃砖的折射率为 （计算结果保留2位有效数字）。 2.0　 解析： 根据折射定律得n= 由几何关系得sin i= ，sin r= 联立可得n=2.0。 1 2 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （3）若小刚同学操作时将界线画好后误用另一块宽度稍窄的玻璃砖如图丙所示，实验中除用原界线外，其他操作都正确，则测得玻璃的折射率 将 ⁠（填序号）。 A． 偏大 B． 偏小 C． 不影响结果 D． 不能确定 B　 解析： 如图所示，实线是实际光线，虚线是该同学所作的光线，可见，该同学利用插针法确定入射光线、折射光 线后，测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实 的折射角偏大，因此测得的折射率偏小。故选B。 1 2 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 2. （2025•四川攀枝花高二下月考）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 2 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （1）为了减小实验误差，下列操作正确的是 ⁠。 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，可以将玻璃砖界面当尺子画界线 D． 大头针P1、P2和P3、P4之间的距离应适当大些 D　 1 2 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析： 根据折射定律n=，实验时只要正确测量出入射角和折射角 即可，不需要选择边界平行的玻璃砖，选项A错误；为了减小测量角度的 误差，入射角应适当大些，选项B错误；玻璃砖的光学面是用来透光的， 即使没有刻度尺，也不可以将玻璃砖界面当尺子画界线，选项C错误；为 了减小确定入射光线、出射光线方向的误差，大头针P1、P2和P3、P4之间 的距离应适当大些，选项D正确。 1 2 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （2）甲同学手中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点分别作 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。如果用刻 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）。 解析： 设单位圆的半径为R，根据数学知识，入射角的正弦值sin i=，折射角的正弦值sin r=，根据折射定律n==。 　 1 2 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （3）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”）。 解析： 若该同学在确定P4位置时，不小心 画得偏左了一些，光路图如图所示： 由图可知，入射角不变，折射角偏大，根据折射 定律n=，折射率的测量值偏小。 偏小　 1 2 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （4）以往，已知材料的折射率都为正值（n＞0）。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值（n＜0），称为负折射率材料。位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r依然满足=n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧（此时折射角取负值）。若该材料对于电磁波的折射率n=－1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是 ⁠。 B　 1 2 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析： 根据题目所给负折射率的意义，折射角和入射角应该在法线 的同一侧，选项A、D错误；该材料的折射率等于－1，则选项B正确，选项C错误。 1 2 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） $