新高考物理人教版一轮复习学案 实验二十 测量玻璃的折射率

实验二十测量玻璃的折射率

实验溯本求源

一、实验原理与操作

装置图及思路

操作要领

⑴铺白纸、画线

①如图所示，将白纸用图钉按在绘图板上，先在白纸上画

出一条直线aa作为界面，过aa，上的一点0画出界面的法线

NN，，并画一条线段A0作为入射光线

②把平行玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa，对齐，

画出玻璃砖的另一条长边bb'

(2)插针与测量

①在线段AO上竖直地插上两枚大头针Pi、P2,透过玻璃

砖观察大头针Pi、P2的像，调整视线的方向，直到Pi的像被

P2挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4,使P3

挡住Pl、P2的像，P4挡住Pl、P2的像及P3，记下P3、P4的位

置

②移去玻璃砖连接P3、P4并延长交bb吁0、连接00，

即为折射光线，入射角&=NA0N,折射角伍=/0,0用

③用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值

④改变入射角。1，重复实验，记录相关测量数据

思路：用插针法找出与入射光线A0对应的出射光线0B,

确定出O'点，画出折射光线00',然后测量出角01和。2,根

据n=豐计算玻璃的折射率.

sin02

二、数据处理

1.计算法

用量角器测量入射角8和折射角02,并查出其正弦值S讥

&和S%02,算出不同入射角的曾值，并取平均值.

sin02

2.作s加9i-s加。2图像

改变不同的入射角&,测出不同的折射角仇,作sinOi-sin

①图像，由n=W咚可知图像应为直线，如图所示，其斜率

sin02

为折射率.即n=k.

3.“单位圆法”确定s%&、sin02,计算折射率n

以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射

光线AO于P点，交折射光线00,于Q点，过P作CD的垂

线PN,过Q作CD的垂线QN，，如图所示，则s初&=粉，或

a=鬻，又OP=OQ=R,则口=吟=悬，

0Qsin02QN，

只要用刻度尺测出PN,QN，的长度就可以求出n.

・注意事项

(1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2

之间、P3和P4之间、P2与0、P3与O'之间距离要稍大一些.

(2)入射角01不宜太大(接近90°),也不宜太小.

(3)操作时，手不能触摸玻璃穂的光洁光学面，更不能把

玻璃成界面当作尺子画界线.

(4)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5c根以上，若宽度太

小，则测量误差较大.

・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.

(2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大

些，以减小测量的相对误差.

实验热点探究

热点一教材原型实验

例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

界线和四枚大头针扎下的孔洞如下图所示，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，在白纸上画岀光

线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线

分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN，的垂线，垂足分

另IJ为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率1)=.(用

图中线段的字母表示)

练1由于实验室中矩形玻璃穂的数量不够，部分同学需

改用直角三棱镜做“测定玻璃的折射率”的实验，实验步骤如

下：

。.如图所示，先在一张白纸上作相互垂直的直线ab、ab

作为三棱镜的两个界面，并在直线上标岀点0；

b.标出P3、P4位置;

C.将三棱镜放在白纸上，使短边跟ab对齐，长边跟ab

对齐；

d.在长边aE的外侧透过三棱镜观察大头针Pi、P2的像,

调整视线方向，直到P1的像完全被P2挡住；

e.在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、

P2的像,P4挡住Pl、P2的像和P3；

/.在0点作一垂直ab的线段0A,在0A上垂直地插两

枚大头针Pi、P2；

g.移去三棱镜和大头针，连接P3P4,交ab于0、过0,

点作与a&垂直的法线MN；

人.作光路图，计算折射率n.

(1)正确的实验步骤顺序为.

(2)请在图中画出准确完整的光路图.

⑶请根据图中所给数据，求岀该玻璃的折射率

练2（1）在“测定玻璃的折射率”的实验中，小朱同学在实

验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图甲所示的实验

器材，他认为缺少一种器材，请你写出所缺器材的名称：

.老师将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作

过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针应在图乙中的位置

（填或"C”）.

（2）小红利用方格坐标纸测定玻璃的折射率，如图丙所示,

A0是画在纸上的直线，她在直线A0适当位置竖直插上Pi、

P2两枚大头针，放上半圆形玻璃砖（如图丙中粗黑线所示），然

后插上P3、P4两枚大头针，以确定折射光线.其中她确定P3

大头针位置的方法应当是：

操作完成后，她用圆规作了一个以0为圆心，半径与玻

璃砖半径相同的半圆（如图丙中虚线所示）.则她测出玻璃的折

射率n=.

热点二实验拓展创新

例2一实验小组在做插针法“测定玻璃的折射率”实验

时，发现老师给的一块两面平行的玻璃砖，其中一面aa，是镀

银面，光线能反射但不能穿过，于是利用观察反射光线插针法

测折射率，如甲图所示，四个黑点Pl、P2、P3、P4依次分别为

四个插针位置，乙图为画好边界线移去玻璃后的光路图，图中

M为00,的中点.

(1)请在图乙中画出玻璃内的光路，并标出光线进入玻璃

时的入射角。1和折射角02.

(2)用所给的字母，写岀求解玻璃折射率的表达式n=

(3)某同学将玻璃边界线画为丙图中的两条虚线，则测岀

的折射率与实际值相比将会偏(选填“大”或

“小”).

练3小李同学利用激光笔和角度圆盘测量半圆形玻璃

砖的折射率，如图所示是他采用手机拍摄的某次实验现象图，

①、②、③是三条光线，固定好激光笔，然后将圆盘和玻璃砖

一起顺时针绕圆心缓慢转动了5。角，发现光线(选填

“①”“②”或“③”)恰好消失了，那么这次他所测得半圆

形玻璃砖的折射率n=.

练4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点射向玻璃砖上表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读

出0、A间的距离为20.00的,A、B间的距离为6.00鄧,测

得图中直尺到玻璃砖上表面距离di=10.00cm,玻璃砖厚度d2

=4.00cm.玻璃的折射率n=,光在玻璃砖中传播速

度v=而s(光在真空中传播速度c=3.0X108m/5,结

果均保留两位有效数字).

实验二十测量玻璃的折射率

实验热点探究

例1解析：本实验考查光学中测定玻璃折射率的操作方

法、误差分析、数据处理，培养考生的实验能力，体现实验探

究中证据、解释的素养要素.

(1)所用玻璃砖两表面是否平行，与提高实验精确度无关,

故B错.选用细的大头针有利于提高精确度，故C错.所用

玻璃砖两表面及插在玻璃砖同侧的两枚大头针的间距尽量大

些，可以减小测量的相对误差，故A、D均正确.

(2)利用平行玻璃砖做本实验时，入射光线进入玻璃

砖后折射光线靠近法线，而穿出玻璃砖的光线与入射光线平

行，故根据孔洞作出的两条光线应平行且下面的光线应向左错

开一小段距离.故A、B、C错误，D正确.

AC

(3)由折射率的定义式可知，片碧鑑=韶=慈

BO

答案：(1)AD(2)D(3魚

DU

练1解析：(1)测定玻璃的折射率时，先在白纸上作出玻

璃砖的边界，选定入射点，确定入射光线，然后把玻璃砖放在

白纸上，确定出折射光线；撤去玻璃砖，作出光路图，求出入

射角与折射角，根据折射率的定义式求出折射率，因此合理的

实验步骤是：afcdebgh.

(2)折射光路如图所示：

(3)由几何知识可知,4=30。，a=45。，

玻璃的折射率〃=嘰=噹=亜.

sinpsin30°

答案：(l)afcdebgh(2)见解析图(3)或

练2解析：(1)本实验需要用刻度尺测量相应长度以计算

入射角、折射角的正弦值，通过平行介质的入射光线和折射光

线是平行的，所以第四枚大头针的位置应该在8处.(2)正确

的操作是透过玻璃砖看，尸3大头针挡住R、尸2两枚大头针的

像，设入射光线与圆的交点为。，出射光线与圆的交点为。，

过。、O分别作对称轴的垂线，交点分别为“、N,如图,

f]_ND_1_

贝ijn=—=1.5.

MC

答案：(1)刻度尺B

(2)透过玻璃砖看，尸3大头针挡住尸1、尸2两枚大头针的像

1.5

例2解析：

(1)分