高考物理一轮复习实验专题课件实验测量玻璃的折射率

实验:测量玻璃的折射率一、实验原理二、实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺(刻度尺)、铅笔。三、实验操作及步骤1.用图钉把白纸固定在木板上。2.在白纸上画一条直线aa′,并取aa′上的一点O为入射点,作过O点的法线MM′。3.画出线段AO作为入射光线,并在AO上插上P1、P2两个大头针。4.在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐,并画出另一条长边的对齐线bb′。5.眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向,使P1被P2挡住,然后在眼睛这一侧插上大头针P3,使P3挡住P1、P2,再插上P4,使P4挡住P3和P1、P2。6.移去玻璃砖,拔去大头针,由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′,连接O、O′得线段OO′。7.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。四、数据处理五、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O之间、P3与O′之间距离要稍大一些。2.入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。3.操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,也不能把玻璃砖界面当尺子画界线。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5cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。六、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,以减小测量误差。考点一基础性实验[例1]【实验原理与操作】

(2025·安徽安庆期中)在“测量玻璃的折射率”实验中:(1)如图甲所示,用插针法测量玻璃砖折射率的实验中,下列说法正确的是

。A.当P1、P2的距离较大时,通过玻璃砖会看不到P1、P2的像B.为减小测量误差,P1、P2的连线与法线NN′的夹角应尽量小些C.为了减小作图误差,P3和P4的距离应适当取大些D.当P1、P2的连线与法线NN′夹角较大时,有可能在bb′面发生全反射,故在bb′一侧就看不到P1、P2的像C【解析】

(1)根据光路可逆性原理可知,光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射,一定会从下表面射出,即使P1、P2的距离较大,通过玻璃砖仍然可以看到P1、P2的像,故A、D错误;为减小测量误差,入射角应适当大一些,则P1、P2的连线与法线NN′的夹角应适当大些,故B错误;为了减小作图误差,P3和P4的距离应适当取大些,故C正确。(2)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

(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。

大【解析】

(2)玻璃砖的厚度越大,光线通过玻璃砖的侧移量越大,测量误差越小,故如果有几块宽度大小不同的玻璃砖可供选择,为了减小误差应选宽度大的玻璃砖来测量。(3)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图乙所示,其中实验操作正确的是

。

D【解析】

(3)作出四次实验玻璃砖中部分光路,如图所示,因玻璃砖的折射率较大,故在玻璃砖中的折射角一定小于入射角,并且光线从玻璃砖中出来后,应与入射光平行。故选D。(4)该实验小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,如图丙所示,以入射点O为圆心作圆,与入射光线P1O、折射光线OO′分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN′的垂线,垂足分别为C、D点,则玻璃的折射率n=

(用图中线段的字母表示)。

(5)在该实验中,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的正弦值作出的图线如图丁所示,从图线可知玻璃砖的折射率是

。

1.5[例2]【数据处理与误差分析】

(2023·广东卷,11)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率。实验过程如下:(1)将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上,用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。(2)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射,到达ef面上的O点后反射到N点射出。用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位置。②移走玻璃砖。在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路,作QM连线的延长线与ef面的边界交于P点,如图甲所示。③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2。PM的示数如图乙所示,d1为

cm。测得d2为3.40cm。

2.25【解析】

(2)③刻度尺的分度值为0.1cm,由题图乙可知,d1为2.25cm。(3)利用所测量的物理量,写出玻璃砖折射率的表达式n=

。由测得的数据可得折射率n为

(结果保留3位有效数字)。

1.51稍小一些考点二

创新性实验[例3]【实验方法的创新】

(2024·安徽模拟)某学习小组通过实验测定一截面为半圆的玻璃砖的折射率n,方法如下:(1)玻璃砖直径AB与竖直放置的光屏MN垂直并接触于A点,置于水平桌面的白纸上。(2)用激光笔从玻璃砖一侧照射半圆形玻璃砖的圆心O,如图所示,在光屏MN上可以观察到两个光斑C、D,用大头针分别在白纸上标记圆心O点、C点、D点的位置,移走玻璃砖和光屏。(3)用刻度尺测量OC和OD的长度分别为L1、L2。(4)利用所测量的物理量,写出玻璃砖折射率的表达式n=

。

(5)实验中,不断增大入射角,

(选填“能”或“不能”)观察到全反射现象。

不能【解析】(5)光是从光疏介质射入光密介质,所以不能观察到全反射现象。(6)为减小实验误差,实验中应适当

(选填“增大”或“减小”)激光在O点的入射角。

减小【解析】(6)为减小实验测量的误差,OC、OD的距离应适当大些,所以实验中应适当减小激光在O点的入射角。[例4]【实验原理的创新】(2025·云南昆明阶段练习)某物理实验小组按课本习题要求,用下面的方法测量液体的折射率。(1)请将下列实验步骤补充完整。①取一个圆形的软木塞,用游标卡尺测其直径d的示数如图甲所示,则d=

mm。

②在它的圆心处竖直插上一根大头针,让软木塞浮在液面上(如图乙所示)。30.1③调整大头针插入软木塞的深度,使它露在液体里的长度为h,这时从液面上方的各个方向都恰好看不到大头针。【解析】

(1)根据游标卡尺的读数规则,该读数为30mm+0.1×1mm=30.1mm。(2)写出用d和h求折射率的计算式:

。

(3)若用刻度尺测得大头针露在外面的长度为

h=1.50cm,利用测得的d和h数据,求出液体的折射率n=

。(结果保留3位有效数字)

1.41[例5]【实验器材的创新】

(2024·贵州安顺模拟)学校开展研究性学习,某研究小组的同学根据所学的光学知识,设计了一个测量液体折射率的仪器,如图所示。在一个圆盘上,过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF,在半径OA上,垂直于盘面插下两枚大头针P1、P2,并保持P1、P2位置不变,每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,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的像,并在圆周上插上大头针P3,使P3正好挡住P1、P2的像,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,就可直接读出液体折射率的值,则:(1)若∠AOF=30°,OP3与OC的夹角为30°,则P3处所对应的折射率的值为

。

(2)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率值应为

。

1【解析】(2)作AO的延长线交圆周于K,此时入射角与折射角相等,故K处所对应的折射率值应为1。(3)你认为圆周KC部分折射率刻度有什么特点?

(至少写出两条)。

折射率刻度不均匀,靠近K刻度密集,靠近C刻度稀疏;靠近C读数误差小,靠近K读数误差大[例6]【实验情境的创新】

(2024·广东佛山期末)某同学利用可伸缩万向支架、激光笔和长方体透明水槽测量水的折射率,如图所示,激光笔固定在万向支架上,调节高度和角度,使激光平行于水槽正立面(如图中所示的横截面),从水槽的左上角射入,用记号笔在水槽正立面记下激光在水槽底部的光点A。往水槽内缓慢注入清水,直到水面高度接近水槽高度的一半,用记号笔在水槽正立面记下激光在水槽底部光点B(图中未画出)和水面CD,在水槽正立面用记号笔画直线,连接水槽左上角和A点,交CD于E点,用刻度尺分别测量EA的长度L1=20.0cm,EB的长度L2=15.0cm,水面CD距水槽底部高度h=12.0cm。由此可得:(1)B点处于A点的

(选填“左”或“右”)侧。

左【解析】

(1)由于激光在水面发生折射,而光从光疏介质射入光密介质时,入射角大于折射角,作出光路图如图所示,可知B点位于A点的左侧。(2)激光入射角的正弦值sini=

(结果保留2位有效数字)。

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