2024年高考物理第一轮复习：创新实验课(17)　测量玻璃的折射率

创新实验课17

测量玻璃的折射率实验基础知识C2．注意事项(1)入射角i不要定的太小，如果i太小，r也太小，用量角器测量角度时，相对误差较大．(2)在入射光线上插上大头针或确定O′B时插的大头针都要竖直．P1与P2及P3与P4的距离要适当大一些．(3)要先画直线aa′，放上玻璃砖后再画bb′直线，不要放上玻璃砖后再画aa′，以免入射点O的位置有误差．(4)画好界面bb′后，实验中不要再碰动玻璃砖，以免改变入射角和折射角，使测量结果出现错误．(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上．若宽度太小，则测量误差较大．

(1)几位同学做“用插针法测定玻璃折射率”实验，图示直线aa′、bb′表示在白纸上画出的玻璃砖的两个界面．几位同学进行了如下操作：命题点一实验原理与操作C例

1A．甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′与bb′不平行，其他操作正确B．乙同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面aa′和bb′后，将玻璃砖向aa′方向平移了少许，其他操作正确C．丙同学在白纸上画aa′、bb′两界面时，其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，其他操作正确上述几位同学的操作，对玻璃折射率的测定结果没有影响的是________(填写选项前的字母)．(2)在用插针法测玻璃砖折射率的实验中，已确定好入射方向AO，插了两枚大头针P1和P2，如图所示(①②③是三条直线)．在以后的操作说法中你认为正确的是________．A．在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在③线上B．保持O点不动，减小入射角，在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在①线上C．保持O点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，这可能是光在bb′侧面发生全反射

解析：(1)甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′和bb′不平行，不会影响入射角和折射角的确定；乙同学将玻璃砖向aa′方向平移了少许，直线aa′、bb′之间的距离仍然等于玻璃砖的厚度，入射角和折射角的大小不变；丙同学在白纸上画aa′和bb′间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，使画出的入射点向左移，出射点向右移，所画的折射角比实际值大，算得的折射率将偏小．(2)由折射定律得知，光线通过平行玻璃砖后向一侧发生侧移，由于光线在上表面折射时，折射角小于入射角，则出射光线向②一侧偏移，如图，故另两枚大头针P3和P4不可能插在③线上，故A错误；若保持O点不动，减小入射角，折射角也减小，另外两枚大头针P3和P4可能插在①线上，故B正确；若保持O点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，反射光增强，折射光线减弱，根据光路可逆性原理得知，光线不可能在bb′界面发生全反射，故C错误．答案：(1)AB

(2)B(1)光线经过两面平行的玻璃砖时只发生侧移，不改变传播方向．(2)光线不可能在两面平行的玻璃砖对面上发生全反射．题后反思

[对点演练]1．(2019·天津卷)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)下列哪些措施能够提高实验准确程度________．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下图所示，其中实验操作正确的是________．解析：(1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距大的玻璃砖以及使插在玻璃砖同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准确程度，减小误差；两光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应选用细长的大头针，故选项A、D正确，B、C错误．(2)由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线与出射光线平行，B、C错误；由光线在空气中的入射角大于玻璃中的折射角，画图可知正确的图为D.答案：(1)AD

(2)D做测量玻璃折射率实验时，同学们被分成若干实验小组，以下是其中两个实验小组的实验情况：(1)(多选)甲组同学在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角r做出sini­sin

r图像如图甲所示，则下列判定正确的是________．A．光线是从空气射入玻璃的B．该玻璃的折射率约为0.67C．该玻璃的折射率约为1.5D．该玻璃置于空气中时临界角约为45°命题点二数据处理与误差分析C例

2(2)乙组同学先画出图乙所示的坐标系，再在y<0区域放入某介质(以x轴为界面)，并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点，它们的坐标分别为A(8，3)、B(1，－4)、C(7，－4)，则：①入射点O′(图中未标出)的坐标为________；②通过图中数据可以求得该介质的折射率n＝________．题后反思

[对点演练]2．在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图①、②和③所示，其中甲、丙两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(1)甲同学测得的折射率与真实值相比______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．(2)乙同学测得的折射率与真实值相比______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．(3)丙同学测得的折射率与真实值相比___________________.解析：(1)用题图①测定折射率时，会导致测量的玻璃中折射光线偏折小了，所以折射角增大，折射率减小．(2)用题图②测折射率时，只要操作正确，折射率与玻璃砖形状无关．(3)用题图③测折射率时，因为界面bb′部分在玻璃砖外侧，部分在内侧，故无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不变．答案：(1)偏小(2)不变(3)可能偏大、可能偏小、可能不变命题点三创新拓展实验C实验设计的创新利用激光笔结合标尺分析光点的位置变化替代插针法实验目的的创新

由测液体的折射率替代测玻璃砖的折射率.如图甲所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置．然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像．(1)此后正确的操作步骤是________．A．插上大头针P3，使P3挡住P2的像B．插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像C．插上大头针P4，使P4挡住P3的像D．插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3例

3(2)正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)．为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺做出了完整光路和若干条辅助线，如图乙、丙所示．能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图________(选填“乙”或“丙”)，所测玻璃折射率的表达式n＝________(用代表线段长度的字母ED、FG表示)．[对点演练]3．(实验目的创新)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O作两条相互垂直的直径BC、EF.在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持位置不变．每次测量时让圆盘的下半部分竖直浸入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2.同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值．(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC之间的夹角为45°，则在P3处刻的刻度值为________．(2)若在同一液体中沿AO方向射入一束白光，最靠近OC边的是________色的光，增大入射角度，________色的光在刻度盘上先消失．4.(实验设计的创新)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，