第4章 第1节 课时2 实验；测量玻璃的折射率（分层评价）（Word版）-【未来密码】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册关键能力提升同步学案（人教版）

**基本信息** 本练习通过“基础巩固-综合运用-拓广探索”三层设计，以测量玻璃折射率实验为核心，实现从单一原理到综合应用再到创新探究的知识进阶，强化科学探究与科学思维素养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础巩固|实验原理、操作规范与误差控制|含教材改编题（第2题），聚焦玻璃砖对光路影响等基础考点| |综合运用|实验方案设计与数据处理|结合非常规器材（第6题直尺三角板），考查折射率计算表达式推导| |拓广探索|复杂光路分析与创新应用|通过圆弧状玻璃砖（第8题）及sinθ1-sinθ2图像，培养质疑创新能力|

课时 2 实验:测量玻璃的折射率 基础巩固 1. 如图所示,一束激光照向光屏 ,留下光斑 . 保持激光方向不变,在屏前放一块与 平行的玻璃砖,发现光斑移到 处. 若改用相同材料但宽 更小的玻璃砖,则( ) 第 1 题 A. 光斑移到 右侧 B. 光斑移到 左侧 C. 光斑移到 与 之间 D. 光屏上没有光斑出现 2.(教材改编题)如图所示，测量玻璃折射率的实验中,玻璃砖的界面 与 相互平行,下列说法正确的是 ( ) 第 2 题 A. 理论上 连线与 的连线相互平行 B. 当 增大时,射出玻璃砖的光线 相对入射光线来说侧移不变 C. 为了实验更加准确, 越大越好 D. 实验中,当玻璃砖绕 点偏了一个较小的角度,射出玻璃砖的光线 与 不再平行 题号 1 2 答案 3. 某小组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)下列措施中能够提高实验准确程度的有_____. A. 选用两光学表面间距大的玻璃砖 B. 选用两光学表面平行的玻璃砖 C. 选用粗的大头针完成实验 D. 插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些 (2)该小组用同一套器材完成了四次实验， 记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的是_____. (3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点 为圆心作圆, 与入射光线、折射光线分别交于 两点,再过 两点作法线 的垂线,垂足分别为 点,如图甲所示，则玻璃砖的折射率 (用图中线段的字母表示). 第 3 题 (4)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中， 小明、小力两位同学在纸上画出的界面 、 与玻璃砖位置的关系分别如图乙中①②所示，其中小明用的是矩形玻璃砖,小力用的是梯形玻璃砖. 他们的其他操作均正确,且均以 为界面画光路图. 则小明测得的折射率与真实值相比_____(选填“偏大”“偏小”或“不变”)； 小力测得的折射率与真实值相比_____(选填“偏大”“偏小”或“不变”). 4. 某校开展研究性学习，某研究小组根据光学知识,设计了一个测液体折射率的仪器. 如图所示，在一个圆盘上，过其圆心 作两条相互垂直的直径 、 . 在半径 上，垂直于盘面插上两枚大头针 并保持位置不变. 每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,并使液面与直径 相平, 作为界面的法线, 而后在图中右上方区域观察 ,在圆周 部分插上 ,使 挡住 的像. 同学们通过计算,预先在圆周 部分刻好了折射率的值,这样只要根据 所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值. (1)若 ， 与 之间的夹角为 ,则 处刻的折射率的值为_____. 第 4 题 (2)图中 、 两处， 对应折射率大的是_____. (3)作 的延长线交圆周于 处对应的折射率为_____. 5. 激光打靶射击训练时，手中的“枪”向前方发射一束激光，若被目标处的传感器接受，即 “有效击中”. 用激光测量玻璃的折射率，实验步骤如下: 第 5 题 ① 将光屏与玻璃砖平行放置，并记录屏 和玻璃砖 abcd 的位置. ② 用激光笔以一定角度照射玻璃砖，记录入射点 和屏上光点 的位置. ③ 移走玻璃砖，记录光点 的位置. ④ 作适当的辅助线，其中 ， 在一条直线上,测出相关长度: . (1)玻璃砖的折射率 _____(用 、 表示). (2)不改变激光的入射方向，仅增大玻璃砖的厚度 ，则 与 的间距_____. A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 可能变大, 也可能变小 综合运用 6. 现要估测一矩形玻璃砖的折射率 ,给定的器材:待测玻璃砖、白纸、铅笔、大头针 1 枚、 直尺、直角三角板. 实验时, 先将直尺的一端 和另一点 标上两个明显的标记,再将玻璃砖平放在白纸上,沿其两个长边在白纸上画出两条直线 ,再将直尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置,使 点与直线 相交,并在白纸上记下点 的位置,如图所示，然后在右上方通过 所在界面向左下方观察，调整视线方向，直到 点的像与 点的像重合,再在 直线上插上大头针,使大头针挡住 的像,记下大头针 点的位置. 第 6 题 (1)请在原图上作出光路图. (2)计算玻璃砖的折射率的表达式为 _____(用字母 和图中已知线段字母表示). 7. 某校开展研究性学习，某研究小组根据光学知识,设计了一个用刻度尺测横截面为半圆形的玻璃砖折射率的实验, 他们进行的主要步骤:水平放置的光屏 MN 与玻璃砖直径 垂直并相切于 点，一束单色光 从空气中射向半圆玻璃砖的圆心 ,结果在光屏 上出现两个光斑 ,如图甲所示, 测得 和 的长度分别为 . (1)根据以上测量的物理量，写出计算玻璃砖折射率的表达式: _____. (2)为减小实验测量误差，实验中应适当_____(选填“增大”或“减小”)单色光在 点的入射角. (3)如图乙所示，某同学用插针法测量半圆形玻璃砖的折射率. 乙 第 7 题 ① 在白纸上画一条直线 ，并画出其垂线 ,交于 点. ② 将玻璃砖直径面沿 放置，使其半径 的中点位于 点，并确定圆弧侧面的位置. ③ 在 上竖直插上大头针 和 ， 从圆弧侧面透过玻璃砖观察 和 ,插上大头针 ,要求 能挡住_____(选填“ ”“ ”或“ 和 ”)的虚像. ④ 确定出射光线的位置_____(选填 “需要”或“不需要”)第四枚大头针. ⑤ 撤去玻璃砖和大头针，测得从圆弧面出射的光线与直线 的夹角为 , 则玻璃砖的折射率 _____. 拓广探索 8. 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 ,然后在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使 的像被 的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针 和 ,使 挡住 和 的像, 挡住 以及 和 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 为两圆弧圆心，图中已画出经过 、 点的入射光线. 第 8 题 (1)在图甲上补画出光路. (2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图甲中的 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为 _____. (4)为了保证在 得到出射光线,实验过程中,光线在 的入射角应适当_____ (选填“小一些”“无所谓”或“大一些”). (5)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 _____. 学科网（北京）股份有限公司 $ 课时 2 实验:测量玻璃的折射率 基础巩固 1. 如图所示,一束激光照向光屏 ,留下光斑 . 保持激光方向不变,在屏前放一块与 平行的玻璃砖,发现光斑移到 处. 若改用相同材料但宽 更小的玻璃砖,则( ) 第 1 题 A. 光斑移到 右侧 B. 光斑移到 左侧 C. 光斑移到 与 之间 D. 光屏上没有光斑出现 【答案】 C 【解析】由于光折射时出射光线平移,若改用相同材料但宽 更小的玻璃砖,如图所示,光线平移的距离减小,则光斑移到 与 之间. 故选 C. 第 1 题答图 2.(教材改编题)如图所示，测量玻璃折射率的实验中,玻璃砖的界面 与 相互平行,下列说法正确的是 ( ) 第 2 题 A. 理论上 连线与 的连线相互平行 B. 当 增大时,射出玻璃砖的光线 相对入射光线来说侧移不变 C. 为了实验更加准确, 越大越好 D. 实验中,当玻璃砖绕 点偏了一个较小的角度,射出玻璃砖的光线 与 不再平行 【答案】 A 【解析】在分界面 和 分别应用折射定律,可得当分界面 和 平行时, 连线与 的连线也相互平行, A 正确; 当 增大时,射出玻璃砖的光线 相对入射光线来说侧移变大, 错误; 当 太大时,有可能从另一侧看不到 的像, 错误; 虽然玻璃砖绕 点偏了一个较小的角度,但由于分界面 和 平行,因此射出玻璃砖的光线 与 仍然平行, 错误. 故选 A. 题号 1 2 答案 3. 某小组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)下列措施中能够提高实验准确程度的有_____. A. 选用两光学表面间距大的玻璃砖 B. 选用两光学表面平行的玻璃砖 C. 选用粗的大头针完成实验 D. 插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些 (2)该小组用同一套器材完成了四次实验， 记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的是_____. (3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点 为圆心作圆, 与入射光线、折射光线分别交于 两点,再过 两点作法线 的垂线,垂足分别为 点,如图甲所示，则玻璃砖的折射率 (用图中线段的字母表示). 第 3 题 (3) 在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中， 小明、小力两位同学在纸上画出的界面 、 与玻璃砖位置的关系分别如图乙中①②所示，其中小明用的是矩形玻璃砖,小力用的是梯形玻璃砖. 他们的其他操作均正确,且均以 为界面画光路图. 则小明测得的折射率与真实值相比_____(选填“偏大”“偏小”或“不变”)； 小力测得的折射率与真实值相比_____(选填“偏大”“偏小”或“不变”). 【答案】(1)AD(2)D(3) (4)偏小 不变 【解析】(1)为了作图误差更小，应选用两光学表面间距较大的玻璃砖， A 正确; 根据折射定律可知, 如果两个光学面不平行, 不会影响入射角与折射角的值, 所以对折射率的测定结果不产生影响, B 错误; 为了准确描绘光路图, 应选用较细的大头针来完成实验, 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, 错误; 插在玻璃砖同侧的大头针之间的距离适当大一些时, 相同的距离误差情况下引起的角度误差会减小，D 正确. 故选 AD. (2)由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线应与出射光线平行，B、C 错误；又光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角. A 错误，D 正确. 故选 D. (3)根据题图甲，由折 第 3 题答图 射定律可知 . (4)如图所示，小明测定折射率时，作出的折射光线如图中虚线所示，实线表示实际光线，可见折射角偏大，则由折射定律 可知，折射率 将偏小. 用题图乙中的②测折射率时, 只要操作正确, 折射率的测量值与玻璃砖形状无关, 故小力测得的折射率与真实值相比不变. 4. 某校开展研究性学习，某研究小组根据光学知识,设计了一个测液体折射率的仪器. 如图所示，在一个圆盘上，过其圆心 作两条相互垂直的直径 、 . 在半径 上，垂直于盘面插上两枚大头针 并保持位置不变. 每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,并使液面与直径 相平, 作为界面的法线, 而后在图中右上方区域观察 ,在圆周 部分插上 ,使 挡住 的像. 同学们通过计算,预先在圆周 部分刻好了折射率的值,这样只要根据 所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值. (1)若 ， 与 之间的夹角为 ,则 处刻的折射率的值为_____. 第 4 题 (2)图中 、 两处， 对应折射率大的是_____. (3)作 的延长线交圆周于 处对应的折射率为_____. 【答案】(1) (2) (3)1 【解析】(1)由题图看出，入射角 ,折射角 ,则 处所对应的折射率的值 . (2) 根据折射定律 可知 处对应的折射率较大. (3) 作 的延长线交圆周于 ,这种情况下入射角与折射角相等,则可知 处所对应的折射率的值是 1 . 5. 激光打靶射击训练时，手中的“枪”向前方发射一束激光，若被目标处的传感器接受，即 “有效击中”. 用激光测量玻璃的折射率，实验步骤如下: 第 5 题 ① 将光屏与玻璃砖平行放置，并记录屏 和玻璃砖 abcd 的位置. ② 用激光笔以一定角度照射玻璃砖，记录入射点 和屏上光点 的位置. ③ 移走玻璃砖，记录光点 的位置. ④ 作适当的辅助线，其中 ， 在一条直线上,测出相关长度: . (1)玻璃砖的折射率 _____(用 、 表示). (2)不改变激光的入射方向，仅增大玻璃砖的厚度 ，则 与 的间距_____. A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 可能变大, 也可能变小 【答案】 ( 1 ) ( 2 )A 【解析】( 1 )激光在 边发生折射,根据折射定律有 ,根据几何关系可知 ,解 得 . (2) 不改变激光的入射方向，仅增大玻璃砖的厚度 ，画出光路传播图，如图所示，则 与 的间距变大, 故选 A. 第 5 题答图 综合运用 6. 现要估测一矩形玻璃砖的折射率 ,给定的器材:待测玻璃砖、白纸、铅笔、大头针 1 枚、 直尺、直角三角板. 实验时, 先将直尺的一端 和另一点 标上两个明显的标记,再将玻璃砖平放在白纸上,沿其两个长边在白纸上画出两条直线 ,再将直尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置,使 点与直线 相交,并在白纸上记下点 的位置,如图所示，然后在右上方通过 所在界面向左下方观察，调整视线方向，直到 点的像与 点的像重合,再在 直线上插上大头针,使大头针挡住 的像,记下大头针 点的位置. 第 6 题 (1)请在原图上作出光路图. (2)计算玻璃砖的折射率的表达式为 _____(用字母 和图中已知线段字母表示). 【答案】(1)见解析(2) 【解析】(1)调整视线方向，当 点的像和 点的像重合时,从 点发出的光线经玻璃砖折射后与从 点发出的光线经 面反射后重合. 在 直线上插上大头针,使大头针挡住 的像,则大头针的位置为折射光线射出玻璃砖的点和从 点发出的光线在 面上的反射点,如图所示. (2) 折射率 . 第 6 题答图 7. 某校开展研究性学习，某研究小组根据光学知识,设计了一个用刻度尺测横截面为半圆形的玻璃砖折射率的实验, 他们进行的主要步骤:水平放置的光屏 MN 与玻璃砖直径 垂直并相切于 点，一束单色光 从空气中射向半圆玻璃砖的圆心 ,结果在光屏 上出现两个光斑 ,如图甲所示, 测得 和 的长度分别为 . (1)根据以上测量的物理量，写出计算玻璃砖折射率的表达式: _____. (2)为减小实验测量误差，实验中应适当_____(选填“增大”或“减小”)单色光在 点的入射角. (3)如图乙所示，某同学用插针法测量半圆形玻璃砖的折射率. 乙 第 7 题 ① 在白纸上画一条直线 ，并画出其垂线 ,交于 点. ② 将玻璃砖直径面沿 放置，使其半径 的中点位于 点，并确定圆弧侧面的位置. ③ 在 上竖直插上大头针 和 ， 从圆弧侧面透过玻璃砖观察 和 ,插上大头针 ,要求 能挡住_____(选填“ ”“ ”或“ 和 ”)的虚像. ④ 确定出射光线的位置_____(选填 “需要”或“不需要”)第四枚大头针. ⑤ 撤去玻璃砖和大头针，测得从圆弧面出射的光线与直线 的夹角为 , 则玻璃砖的折射率 _____. 【答案】 (1) (2)减小 (3)③ 和 ④ 不需要 ⑤ 【解析】(1) 所在光线为反射光线, 所在光线为折射光线,则玻璃砖折射率的表达式为 . (2) 为减小实验测量的误差, 的距离应适当大些,所以实验中应适当减小单色光在 点的入射角. ( 3 )③ 要求 和 在一条光线上,该光线透过玻璃砖后过 ,故 要挡住 和 的虚像. ④ 与 垂直,则过 的光线与 垂直,光垂直入射时传播方向不变，因此可以确定圆弧面上的入射点，此时只需要找到折射光线上一点即可确定出射光线，故不需要插第四枚大头针. ⑤ 由图中几何关系 拓广探索 8. 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 ,然后在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使 的像被 的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针 和 ,使 挡住 和 的像, 挡住 以及 和 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 为两圆弧圆心，图中已画出经过 、 点的入射光线. 第 8 题 (1)在图甲上补画出光路. (2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图甲中的 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为 _____. (4)为了保证在 得到出射光线,实验过程中,光线在 的入射角应适当_____ (选填“小一些”“无所谓”或“大一些”). (5)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 _____. 【答案】(1)(2)见解析(3) (4)小一些(5)1.5 【解析】(1) 连接 与 交于一点,此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置; 的连线与 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中的光路. (2)连接 点与光线在 上的入射点即为法线,作出入射 角 和折射角 . (3)由折射定律可得 . (4)为了保证能在 上有出射光线,实验过程中应使入射角适当小一些,才不会使光线在 边射出. (5)由题图乙可知,图线斜率 . 第 8 题答图 学科网（北京）股份有限公司 $