2027届新高考物理热点精准复习+实验：测量玻璃的折射率

2027届新高考物理热点精准复习实验:测量玻璃的折射率【学习目标】1.理解并应用插针法确定光路的原理,独立完成实验器材的组装、光路绘制、角度测量等操作,掌握实验的关键步骤和注意事项;

通过多次改变入射角进行测量,学会用计算法、图像法和单位圆法等多种方式处理实验数据,提升数据的准确性和可靠性分析能力;

通过观察不同频率光在同种介质中的折射差异,以及同种光在不同介质中的折射现象,建立折射率与光的频率、介质性质的关联。2.分析实验中可能产生误差的因素,培养严谨的逻辑推理能力和批判性思维,提出减小误差的改进方案;

通过图像法和单位圆法等非传统计算方式,构建物理模型,将抽象的折射率概念转化为直观的数学关系,激发创新思维和多元解决问题的能力。3.强调实验操作的规范性,培养细致认真的科学态度和对实验仪器的爱护意识;通过分组实验、结果汇报和讨论,学会与他人协作完成探究任务,清晰表达实验思路和结论,增强团队合作精神和科学沟通能力。4.理解折射率在光学仪器的设计、材料科学等领域的应用,认识物理知识对科技发展的推动作用,提升将理论知识转化为实际应用的意识;

通过拓展资源了解折射率测量技术在环境监测、医疗诊断等社会领域的应用,培养对科学技术社会责任的认知,激发探索科学奥秘的兴趣。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的像,再插上P4,使P4挡住P3和P1、P2的像。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·辽宁开学考试)(1)“测量玻璃的折射率”的实验中,某同学在白纸上放好玻璃砖,aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图甲所示。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

(多选,填正确选项前的字母)。

A.P3仅挡住P2的像B.P3挡住P1的像和P2的像C.P4仅挡住P3D.P4挡住P3和P1、P2的像BD【解析】

(1)大头针P1、P2、P3、P4理论上都应在同一光路上,则插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像;插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像。B、D正确。(2)在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中,下列说法正确的是

(多选,填正确选项前的字母)。

A.为了减小作图误差,P3和P4的距离应适当取大些B.如果光在界面aa′的入射角大于临界角,光将不会进入玻璃砖C.不论光以什么角度从aa′射入,经一次折射后到达界面bb′都能射出D.直接用铅笔紧靠玻璃砖的边缘画边界线aa′和bb′AC【解析】

(2)实验中应使P3和P4的距离适当大些,使作出的光线更符合实际,利于减小误差,A正确;发生全反射时必须使光由光密介质射向光疏介质,光在界面aa′入射是光由光疏介质进入光密介质,无论入射角多大,都不会发生全反射,B错误;因为aa′和bb′平行,从bb′射出的光线一定平行于从aa′射入的光线,所以不论光以什么角度从aa′射入,经一次折射后到达界面bb′都能射出,C正确;直接用铅笔紧靠玻璃砖的边缘画边界线aa′和bb′属于不规范操作,容易损坏玻璃砖,D错误。(3)另一名同学在“测量玻璃的折射率”实验中,画出的玻璃砖界面aa′、bb′如图乙所示(玻璃砖两边界均与aa′和bb′平行)。其他操作均正确,该同学测得的折射率与真实值相比

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

偏小(4)入射光线和出射光线之间的距离叫作平行玻璃砖的侧移距离,如图丙所示,侧移距离随折射率的增大而

(选填“增大”“减小”或“不变”);随玻璃砖厚度的增大而

(选填“增大”“减小”或“不变”)。

增大增大【解析】

(4)根据光的折射规律可知,当光从空气斜射入玻璃时,折射率越大,折射角越小,光线在玻璃中传播的路径偏离原来方向的程度越大,那么侧移距离就会越大;而玻璃砖厚度越大,光线在玻璃中传播的水平距离越长,侧移距离也会越大。[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

(结果保留三位有效数字)。

1.51稍小一些考点二创新性实验[例3]【实验方法的创新】

(2025·重庆模拟)某同学利用激光测量半圆柱玻璃砖的折射率,具体步骤如下:①平铺白纸,用铅笔画两条互相垂直的直线。AA′和BB′交点为O。将半圆柱玻璃砖的平直边紧贴AA′,并使其圆心位于O点,画出玻璃砖的半圆弧轮廓线,如图甲所示。②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖,记录折射光线与半圆弧的交点M。③拿走玻璃砖,标记CO光线与半圆弧的交点P。④分别过M、P作BB′的垂线MM′、PP′,M′、P′是垂足,并用刻度尺分别测量MM′、PP′的长度x和y。⑤改变入射角,重复步骤②③④,得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y-x图像,如图乙所示。(1)关于该实验,下列说法正确的是

。

A.入射角越小,误差越小B.激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差C.选择圆心O点作为入射点,是因为此处的折射现象最明显B【解析】

(1)入射角太小,会导致折射角太小,测量的误差会变大,故入射角适当即可,不能太小,A错误;激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差,B正确;相同的材料在各点的折射效果都一样,C错误。(2)根据y-x图像,可得玻璃砖的折射率为

(结果保留三位有效数字)。1.58(3)若该同学在步骤②之前,不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度,则玻璃砖折射率的测量结果

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

偏大[例4]【实验原理的创新】(2025·云南昆明阶段练习)某物理实验小组按教材习题要求,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。

30.1【解析】

(1)①根据游标卡尺的读数规则,该读数为30mm+1×0.1mm=30.1mm。②在它的圆心处竖直插上一枚大头针,让软木塞浮在液面上(如图乙所示)。③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。(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=1.50

cm,利用测得的d和h数据,求出液体的折射率n=

。(结果保留三位有效数字)

1.41[例5]【实验器材的创新】

(2025·河南阶段检测)某实验小组欲测定一圆柱形玻璃砖的折射率,其操作步骤如下:a.将白纸固定在水平桌面上,将圆柱形玻璃砖竖直放在白纸上,用铅笔准确描出玻璃砖底面圆的轮廓;b.将底面圆圆周平分为60等份,并标上相应的数字,如图甲所示,再将玻璃砖竖直放回图甲中的底面圆轮廓上进行实验;c.用激光笔发出细束绿色激光,沿平行于圆直径OO′的方向入射,分别准确记录入射点P和出射点Q在圆周上对应的读数;d.改变入射点位置,重复步骤c。(1)根据图甲中圆周上的读数可得,入射角i=

,折射角r=

。(均用弧度制表示)

(2)若经过多次改变入射点位置、测量,得到多组入射角i、折射角r的数据,作出sin

i-sin

r的图像如图乙所示,则玻璃砖的折射率为n=

(结果保留两位有效数字)。

2.0(3)该实验中,若改用红色激光笔照射,其他条件不变,当光线沿图甲中光路入射时,则光斑出现在Q点的

(选填“上方”或“下方”)。

上方【解析】

(3)在同一种介质中,红光的折射率小于绿光的折射率,该实验中,若改用红色激光笔照射,其他条件不变,则光斑出现在Q点的上方。[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