4.1 第2课时 实验：测量玻璃的折射率(Word讲义)-【满分思维】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册学生用书（人教版）

第2课时　实验:测量玻璃的折射率 【实验思路】 1.实验目的 (1)测定玻璃的　　　　.  (2)学会用插针法确定　　　　.  2.实验原理 如图所示,当光线AO以一定入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O'B,从而求出折射光线OO'和折射角θ2,再根据n=　　　　算出玻璃的折射率.  【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.  【物理量的测量】 1.把白纸铺在木板上. 2.在白纸上画一直线aa'作为　　　　,过aa'上的一点O画出界面的法线NN',并画一条线段AO作为　　　　　　.  3.把玻璃砖放在白纸上,并使其长边与aa'重合,再用直尺画出玻璃砖的另一边bb'. 4.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2. 5.在玻璃砖bb'一侧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　　　　　.再在bb'一侧插上大头针P3、P4,使P3能挡住P1、P2的像,P4能　　　　P1、P2的像及P3本身.  6.移去玻璃砖,在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置,过P3、P4作直线O'B交bb'于O'.连接O、O',OO'就是玻璃砖内　　　　的方向.∠AON为　　　　,∠O'ON'为折射角.  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.  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　　　　.  【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,P1与P2之间及P3与P4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5 cm以上.若宽度太小,则测量误差较大. 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,O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,P1、P2、P3、P4是四个同学插针的结果: A B C D ①在这四个图中,肯定错误的是　　　　.  ②在这四个图中,可以比较准确测出折射率的是　　　　.  (2)如图甲所示,当光线AO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AO对应的出射光线的O'B,从而确定折射光线OO'. ①如图甲所示,测出入射角i和折射角r,根据n=　　　　可计算出玻璃的折射率.  ②如图乙所示,以O为圆心,作圆与OA、OO'分别交于P、Q点,过P、Q点分别作法线NN'的垂线,垂足分别为P'、Q',测量出PP'和QQ'的长度,则玻璃的折射率n=　　　　.  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P1和P2,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P3和P4.在插P3和P4时,应使　　　(选填选项前的字母).  A.P3只挡住P1的像 B.P4只挡住P2的像 C.P3同时挡住P1、P2的像 [反思感悟] 　   【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. 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ABCD(玻璃砖的入射面AB和出射面CD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: (1)出射光线O'Q与入射光线PO　　　　　(选填“平行”或“不平行”);  (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θ1和折射角θ2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n=　　　　;  (3)对本题实验数据的处理也可采用如图丙方法:以入射点O为圆心,取一合适的长度为半径作圆,该圆与入射光线PO交于M点,与折射光线OO'的延长线交于F点,过M、F点分别向法线作垂线,其垂足分别为N、E,现测得MN=1.68 cm;EF=1.12 cm,则该玻璃砖的折射率n=　　　　.  [反思感悟] 　   【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n=中求出多个n的值,然后取其平均值,即为玻璃砖的折射率. (2)单位圆法 ①以入射点O为圆心,以一定长度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',分别交NN'于点H、H',如图甲所示. ②由图甲中关系知sin θ1=,sin θ2=,OE=OE'=R,则n==,只要用刻度尺测出EH、E'H'的长度就可以求出n. (3)图像法:求出多组对应的入射角与折射角的正弦值,作出sin θ1⁃sin θ2图像,由n=可知图像应为过原点的直线,如图乙所示,其斜率为折射率. 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,P3和P4的距离应适当大一些 B.为减小测量误差,P1、P2连线与玻璃砖界面法线的夹角应适当取大一些 C.若P1、P2的距离较大,则通过玻璃砖会看不到P1、P2的像 D.实验中为方便操作,可用玻璃砖代替尺子画线 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. (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.把平行玻璃砖平放在白纸上,使它的长边与aa'对齐,画出玻璃砖的另一条长边bb'.下列实验操作步骤的正确顺序是　　　　　　　.  ①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. ②移去玻璃砖,连接P3、P4并延长交bb'于O',连接O、O'即为折射光线,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'. ③在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P1、P2的像及P3,记下P3、P4的位置. ④改变入射角θ1,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. (2)如图乙所示,一同学在纸上画玻璃砖的两个界面aa'和bb'时,不小心将两界面aa'、bb'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”).  学科网（北京）股份有限公司 $ 第2课时　实验:测量玻璃的折射率 [实验思路] 1.(1)折射率　(2)光路 2. [实验器材] 量角器 [物理量的测量] 2.界面　入射光线　5.挡住　挡住　 6.折射光线　入射角　7.度数　8.折射角　9.　　折射率 例1　(1)①AB　②D　(2)①　②　③C [解析] (1)①A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. (2)①根据光的折射定律可计算出玻璃的折射率为n=. ②设圆的半径为R,得PP'=Rsin i,QQ'=Rsin r,将两式代入折射率公式得n=. ③为了能够确定出射光线,在插P3时,应使P3同时挡住P1、P2的像,插P4时,使它挡住P3,同时挡住P1、P2的像,故选C. 例2　(1)不平行　(2)1.5　(3)1.5 [解析] (1)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. (2)根据折射定律有n=,结合题图乙可得,折射率为n==1.5. (3)根据题意,由折射定律有n=====1.5. 随堂巩固 1.AB　[解析] 实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1与P2之间、P2与O点之间、P3与P4之间、P3与O'点之间距离要稍大一些,入射角θ1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. 2.(1)①③②⑤④　(2)偏小 [解析] (1)根据测定玻璃的折射率实验的步骤,步骤排序应该为①③②⑤④. (2)根据折射率的定义n=,宽度增加后,如图所示,θ1不变,θ2增大,可知测得的n偏小. 学科网（北京）股份有限公司 $