备考2025届高考物理一轮复习讲义第十四章光学实验十七测量玻璃的折射率

试验十七测量玻璃的折射率测定玻璃的折射率的试验往年考查较少，新高考该内容作为必考后，考查重要性增加，主要考查学生的试验操作实力和数据处理实力.2024年高考中广东T11，海南T14均在试验题中进行了考查，预料2025年高考中会加大对该试验的考查力度.1.试验目的会用插针法确定玻璃的折射率，驾驭光在发生折射时，入射角和折射角的确定方法.2.试验原理如图所示，abcd为一个两面平行的玻璃砖，入射角为θ1，折射角为θ2，依据n＝sinθ1sin3.试验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、刻度尺、量角器、铅笔.4.试验步骤（1）在白纸上画出一条直线aa'作为界面，过aa'上的一点O1画出界面的法线NN'，并画一条直线AO1作为入射光线，如图所示.（2）把长方体玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与aa'对齐.用直尺轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺不动.将玻璃砖取下，画出直线bb'，bb'代表玻璃砖的另一边.（3）在直线AO1上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖视察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P2拦住P1的像.再在视察的这一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3拦住P1、P2的像，P4拦住P3及P1、P2的像，登记P3、P4的位置.（4）连接P3、P4，交bb'于点O2，连接O1O2，O1O2就代表了沿AO1方向入射的光线在玻璃砖中的传播路径，入射角θ1＝∠AO1N，折射角θ2＝∠O2O1N'.5.数据分析（1）计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角时的sinθ1sinθ2（2）图像法：变更不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作出sinθ1－sinθ2的图像，由n＝sinθ1sinθ2（3）“单位圆”法：以入射点O为圆心，以确定的长度R为半径画圆，交入射光线AO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'，如图所示，sinθ1＝EHOE，sinθ2＝E'H'OE'，OE＝OE'＝R，则n＝sinθ1sinθ26.留意事项（1）所用玻璃砖要厚一些.（2）尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1与P2间、P3与P4间要有适当的间隔，不宜太近.（3）在试验过程中，玻璃砖与白纸的位置都不能变更.（4）操作时不能用手触摸玻璃砖光滑的光学面，更不能用玻璃砖代替直尺画线，以免划伤玻璃砖表面.（5）试验时入射角不能太小（接近0°），否则会使测量误差增大；入射角也不能太大（接近90°），否则不易视察到P1、P2的像.7.误差分析（1）入射光线、出射光线确定的精确性造成误差，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，故入射角适当大些，以减小测量的相对误差.研透高考明确方向命题点1教材基础试验1.[2024安徽芜湖二模]在“测定玻璃的折射率”的试验中，在白纸上放好平行玻璃砖，a和a'分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图（a）所示.在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖视察，并插上大头针P3，使其拦住P2、P1的像；接着插上大头针P4，使其拦住P3以及P2和P1的像，用“·”表示大头针的位置，这样大头针P1、P2就确定了射入玻璃砖的光线.（1）依据以上信息，请在图（a）中画出光路图.（2）正确作出光路图后，测量a分界面上的入射角i和折射角r.多次变更入射角，测得多组入射角和折射角，依据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图（b）所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝1.5（保留两位有效数字）.（3）如图（c）所示，在试验过程中画出界面a后，不当心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面a'画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为起先所画的，则所测得的折射率将偏大（填“偏大”“偏小”或“不变”）.答案（1）如图所示解析（2）依据折射定律n＝sinisinr，所以sinr＝1n·sini，依据图像得1n＝（3）如图所示，在试验过程中画出界面a后，不当心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面a'画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为起先所画的，入射角i不变，但折射角r偏小，则所测得的折射率将偏大.命题点2创新设计试验2.[2024海南]如图所示，在用激光测玻璃砖折射率的试验中，玻璃砖与光屏P平行放置，从另一侧用激光笔以确定角度照耀，此时在光屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处.（1）请在图中画出激光束经玻璃砖折射后完整的光路图；（2）已经测出AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，则折射率n＝l1（l1－l3）2＋l22（（3）若改用宽度比ab更小的玻璃砖做试验，则S1S2间的距离会变小（填“变大”“变小”或“不变”）.答案（1）如图所示解析（1）穿过平行玻璃砖的出射光线和入射光线平行，过S1作BS2的平行线，交ad