4.1 第2课时 实验：测量玻璃的折射率(PPT课件)-【满分思维】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册配套课件（人教版）

1 光的折射 1 第2课时 实验:测量玻璃的折射率 2 随堂巩固 ◆ ◆ 新课探究 课后习题 3 【实验思路】 1.实验目的 (1) 测定玻璃的________. (2) 学会用插针法确定______. 折射率 光路 2.实验原理 如图所示,当光线以一定入射角 穿过两面平行的玻 璃砖时,通过插针法找出跟入射光线 对应的出射光线 ,从而求出折射光线和折射角,再根据 _ ____ 算出玻璃的折射率. 4 【实验器材】 一块两面平行的玻璃砖、白纸、木板、大头针(4枚)、________(或圆规、三角 板)、刻度尺. 量角器 5 【物理量的测量】 1.把白纸铺在木板上. 2.在白纸上画一直线作为______,过上的一点画出界面的法线 ,并画一 条线段 作为__________. 界面 入射光线 3.把玻璃砖放在白纸上,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.在玻璃砖一侧透过玻璃砖观察大头针、的像,调整视线方向直到 的像 被的像______.再在一侧插上大头针、,使能挡住、的像, 能 ______、的像及 本身. 挡住 挡住 6 6.移去玻璃砖,在拔掉、、、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__________的方向. 为______ ___, 为折射角. 折射光线 入射角 7.用量角器量出入射角和折射角的______.查出它们的正弦值,并把这些数据记录 在表格里. 8.改变入射角,用上述方法分别求出不同入射角对应的________,查出它们的正弦 值,记录在表格里. 度数 折射角 9.根据记录的几组数据分别算出几组_ _____的值,比较一下,看它们是否接近一个 常数.求出由几组数据分别得出的几组_ _____的平均值,这就是这块玻璃的______ ___. 折射率 7 【注意事项】 1.实验过程中,玻璃砖在纸上的位置不可移动. 2.实验时,应将大头针竖直插在纸上,与之间及与 之间的距离要尽量大一些. 3.实验时入射角应适当大一些,以减小测量角度的误差. 4.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. 8 例1 [2026·山东省实验中学高二月考] (1) 用插针法测定透明半圆柱形玻璃砖的折射率， 为玻璃砖的圆心，使入射光线 与玻璃砖的平面端垂直.下面的四个图中，、、、 是四个同学插针的结果： A. B. C. D. 9 ① 在这四个图中，肯定错误的是_____. AB [解析] A图中光线从玻璃斜射向空气时，折射角不可能小于入射角，故A错误； B图中光线从玻璃垂直射向空气时，折射角等于入射角，光线不折射，故B错误； C、D图中光线从玻璃斜射向空气时，折射角大于入射角，故C、D正确. ② 在这四个图中，可以比较准确测出折射率的是___. D [解析] 要比较准确地测定折射率，折射角不能太大，也不能太小；图C中，光 线从玻璃斜射向空气时，入射角度过小，故比较准确地测定折射率的是D图. A. B. C. D. 10 (2) 如图甲所示，当光线 以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针 法可计算出玻璃的折射率.找出跟入射光线对应的出射光线的 ，从而确定 折射光线 . 11 ① 如图甲所示，测出入射角和折射角，根据 _ ____可计算出玻璃的折射率. [解析] 根据光的折射定律可计算出玻璃的折射率为 . 12 ② 如图乙所示，以为圆心，作圆与、分别交于、点，过、 点分 别作法线的垂线，垂足分别为、，测量出和 的长度，则玻璃的 折射率 _ ___. 13 [解析] 设圆的半径为，得， ，将两式代入折射率公 式得 . 14 ③ 在完成上述实验过程时，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针和，用“ ”表 示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针和 .在 插和 时，应使___(选填选项前的字母). 15 A.只挡住 的像 B.只挡住 的像 C.同时挡住、 的像 [解析] 为了能够确定出射光线，在插时，应使同时挡住、的像，插 时，使它挡住，同时挡住、 的像，故选C. √ 16 【方法总结】 “测定玻璃折射率”实验中，也可以用三棱镜、半圆形玻璃砖等进行测量.实验中 只要利用“插针法”确定了入射光线和出射光线，其与界面的交点就是入射点和 出射点，连接入射点和出射点就能作出折射光线，一样可以测出折射率.光路图 如图所示. 17 例2 [2025·黑龙江哈尔滨高二期末] 利用“插针法”可以测量不平行玻璃砖的折射 率.如图甲，就是利用“插针法”测量玻璃砖(玻璃砖的入射面 和出射面 不平行)折射率的实验光路图，请你分析与该实验相关的下列问题： 18 (1) 出射光线与入射光线 ________(选填“平行”或“不平行”)； 不平行 [解析] 因为上下表面不平行，光线在上表面的折射角与在下表面的折射角不等， 可知出射光线和入射光线不平行. 19 (2) 如图甲所示，本实验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乙所示，从图线可知玻璃砖的折射率 ____； 1.5 [解析] 根据折射定律有，结合题图乙可得，折射率为 . 20 (3) 对本题实验数据的处理也可采用如图丙方法：以入射点 为圆心，取一合适 的长度为半径作圆，该圆与入射光线交于点，与折射光线 的延长线交 于点，过、点分别向法线作垂线，其垂足分别为、 ，现测得 1.5 [解析] 根据题意，由折射定律有 . ； ，则该玻璃砖的折射率 ____. 21 【技法点拨】 数据处理的几种方法 (1)计算法：通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的正弦值， 再代入中求出多个 的值，然后取其平均值，即为玻璃砖的折射率. 22 (2)单位圆法 ①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，分别交 于点 、 ，如图甲所示. ②由图甲中关系知， ， ，则 ，只要用刻度尺测 出、的长度就可以求出 . 23 (3)图像法：求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出 图像， 由 可知图像应为过原点的直线，如图乙所示，其斜率为折射率. 24 1.(实验操作与注意事项)(多选)在“用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率”的实验 中，其实验光路图如图所示，对实验中的一些具体问题，下列说法正确的是 ( ) A.为了减小作图误差，和 的距离应适当大一些 B.为减小测量误差，、 连线与玻璃砖界面法线 的夹角应适当取大一些 C.若、 的距离较大，则通过玻璃砖会看不到 、 的像 D.实验中为方便操作，可用玻璃砖代替尺子画线 √ √ 随 堂 巩 固 25 [解析] 实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且与之间、与 点之 间、与之间、与点之间距离要稍大一些，入射角 应适当大一些，以 减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小，实验中严禁用玻璃砖 代替尺子画线，故选A、B. 随 堂 巩 固 26 2.(实验操作与误差分析)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，量角器，圆规，笔，图钉，白纸. 随 堂 巩 固 27 (1) 某同学用图钉将白纸固定在绘图板上，如图甲所示，先在白纸上画出一条 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.把平行玻璃砖平放在白纸上，使它的长边与 对齐，画出玻璃砖的另 一条长边 .下列实验操作步骤的正确顺序是____________. ①③②⑤④ 随 堂 巩 固 28 ①在线段上竖直地插上两枚大头针、，透过玻璃砖观察大头针、 的 像，调整视线的方向，直到的像被 挡住. ②移去玻璃砖，连接、并延长交于，连接、 即为折 射光线，入射角，折射角 . ③在观察的这一侧依次插两枚大头针、，使挡住、的 像， 挡住、的像及，记下、 的位置. ④改变入射角 ，重复实验，记录相关测量数据. ⑤用量角器测出入射角和折射角. [解析] 根据测定玻璃的折射率实验的步骤，步骤排序应该为①③ ②⑤④. 随 堂 巩 固 29 (2) 如图乙所示，一同学在纸上画玻璃砖的两个界面和 时，不小心将两界 面、 间距画得比玻璃砖宽度大些，则测得的折射率______(选填“偏大”“偏 小”或“不变”). 偏小 随 堂 巩 固 30 [解析] 根据折射率的定义，宽度增加后，如图所示，不变， 增大， 可知测得的 偏小. 随 堂 巩 固 31 课后习题 32 1.(4分)如图所示，在“测量玻璃的折射率实验中”，下列说 法正确的是( ) A.选取的玻璃砖两个光学面和 可以不平行 B.、、、 处的四个大头针可以在同一条直线上 C.玻璃的折射率 D.光线从空气进入玻璃，频率发生了变化 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 33 [解析] 玻璃砖两个表面是否平行对入射角和折射角 的测量准确性没有影响， 所测折射率 仍然正确，故玻璃砖的两个光学面可以不平行，故A正确； 光线经过玻璃砖两次折射后，光线发生偏移，所以、、、 处的四个大头 针不可能在同一条直线上，故B错误；根据折射率的定义 可知玻璃砖的折射率为 ，故C错误；光线从空气进 入玻璃，频率不变，波长变短，故D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 34 2.(6分)某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,所用玻璃砖的两面平行.正确操作 后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示. (1) (3分)此玻璃的折射率计算式为_ _____(用图中的、 表示). [解析] 由图可以看出,入射角为 ,折射角为 ,根据光的折射定律可得,玻璃的折射率为 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 35 (2) (3分)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 宽度较____(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量. 大 [解析] 玻璃砖宽度较大时,在画光路图时误差较小,为了减小误差,玻璃砖应选用 宽度较大的. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 36 3.(6分)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. 甲 乙 丙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 37 (1) (1分)下列做法正确的是___.(填选项前的字母) 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 甲 乙 丙 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 38 [解析] 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出界面，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. 甲 乙 丙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 39 (2) (1分)请在图乙中画出完整的光路图. 甲 乙 丙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 40 [答案] 如图所示 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 41 (3) (2分)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 _____ (保留3位有效数字). 1.54 甲 乙 丙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 42 [解析] 由图可知，取小方格的边长为单位长度，则 、 , . 甲 乙 丙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 43 (4) (2分)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“ ”)上. 甲 乙 丙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 44 [解析] 光线经由 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，由图可知经的出射光线符合事实，而经 的出射光线不符合事实， 故对应的出射光线上的2枚大头针是和 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 45 4.(6分)某同学为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的点射向玻璃砖表面，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 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 46 (1) (3分)请在图中作出到达 点光线的光路图； [答案] 如图所示 [解析] 作出光路图如图所示. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 47 (2) (3分)玻璃的折射率 ____(结果保留2位有效数字). 1.2 [解析] 根据几何知识可知，所以 ， ，且有，可得 ，所以玻璃的折 射率 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 48 5.(10分)[2026·湖北武汉三中高二月考] 如图所示， 为一透明光学元件的横 截面，为圆心在的圆弧面， 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. 甲 乙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 49 (1) 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，使它的横截面与图中画线对齐； ②在点竖直插大头针 ； 甲 乙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 50 ③ (4分)选择合适的点竖直插大头针，在外侧调整视线观察到大头针 和 的像在一条直线上，再竖直插上两枚大头针、，使 挡住___________， 挡住________________； 、的像 和、的像 甲 乙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 51 [解析] 选择合适的点竖直插大头针，在外侧调整视线观察到大头针和 的 像在一条直线上，再竖直插上两枚大头针，使挡住和的像，挡住 和 、 的像. 甲 乙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 52 ④ (4分)移去大头针和光学元件，记录好、和 的孔洞位置，在固定好的白 纸上作出直角坐标系，轴与重合，轴与 重合，用刻度尺测出 、和在直角坐标系中的坐标，， .则此光学 元件折射率测量值为 _____(结果保留3位有效数字). 1.33 甲 乙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 53 [解析] 设入射角为，折射角为，，， ，则有 ，其中， ，代入数据联立解得 . 甲 乙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 54 (2) (2分)根据小组的实验过程，下列能够提高实验精确度的措施有_____. (填选项前的字母) 甲 乙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 55 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 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 甲 乙 √ √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 56 [解析] 应选用较细的大头针完成实验，这样可准确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，C错误，D正确. 甲 乙 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 57 甲 6.(4分)[2026·重庆一中高二月考] 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，如图甲所示，并在入射光线上插上大头针、 ，现需在玻璃砖 下表面折射出的光线上插上和 大头针，便能确定光在玻璃砖中的折射光线. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 58 甲 (1) (1分)确定 位置的方法正确的是___.(填选项前的字母) A.透过玻璃砖观察，使挡住 的像 B.先插上大头针，在靠近玻璃砖一侧挡住 的位置 C.透过玻璃砖观察，使挡住、 的像 [解析] 确定位置的正确方法是透过玻璃砖观察，使 挡 住、 的像，故选C. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 59 乙 (2) (1分)该同学突发其想用两块同样的玻璃直角 棱镜来做实验，如图乙所示，两者的 面是 平行放置的，插针、的连线垂直于 面，若 操作无误，则在图中右边的插针应该是___. (填选项前的字母) A.、 B.、 C.、 D.、 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 60 [解析] 用两块同样的玻璃直角棱镜做实验得到的光路图如图甲所示，根据光路 图可知，经过、 的光线经左侧玻璃砖后向下偏折，射入右侧玻璃砖后平行 于、射出，所以在图中右边插的大头针应该是、 的，故选C. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 61 丙 (3) (2分)如图丙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面 和 的间距画得过宽.若其他操作正确，则折射率 的测量值______准确值(选填“大于”“小于”或“等于”). 小于 [解析] 将玻璃砖界面和 的间距画得过宽，而其 他操作正确，如图乙所示，光线从 进入玻璃砖实际 入射点应为 ，而因画得过宽，故在实验中标记的入射 点为，两种情况下的出射点都为 ，可知因画得过 宽，导致 角偏大，根据折射定律有，可知 角偏大，则 偏大，故折射率 的测量值偏小. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 62 $