2027届新高考物理热点精准复习：测定玻璃的折射率

2027届新高考物理热点精准复习测定玻璃的折射率学习目标:1.掌握测量折射率的原理及方法。2.会用插针法测量玻璃的折射率。

3.实验器材白纸、图钉、大头针、长方体玻璃砖、直尺、铅笔、量角器、木板。4.实验过程(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O画出界面的法线NN',并画一条线段AO作为入射光线。(2)把长方体玻璃砖平放在白纸上,使它的一条长边跟aa'对齐,画出玻璃砖的另一条长边bb'。(3)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向,直到P1的像被P2挡住。再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P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置。(4)移去大头针和玻璃砖,过P3、P4引直线O'B,与bb'交于O',直线O'B就代表了沿AO方向入射的光线透过玻璃砖后的传播方向。连接OO',入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'。(5)用量角器量出入射角和折射角,查出它们的正弦值,将数据填入自己设计的表格中。

命题分析1.考规范:实验步骤、实际操作等的规范与否。2.考运算:算折射率、入射角、入射点坐标等。3.考推导:折射率的表达式。4.考光路图:绘制部分光路图或判断光路图正误。5.考误差分析:玻璃砖的移动、画线的偏差等导致折射率测量值与真实值的偏差(偏大、偏小)及其原因。注意事项1.入射角θ1不要定的太小,如果θ1太小,θ2会更小,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5

cm以上。若宽度太小,则测量误差较大。实验误差1.确定入射光线、折射光线时会造成误差,故入射侧、折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。考点一教材原型实验典例1

如图所示,某同学用“插针法”测量两面平行玻璃砖的折射率,他先在纸上紧贴玻璃砖画出参考线aa'bb',钉上大头针P1、P2,然后继续实验。并画出光路图,则下列说法正确的是(

)A.入射角i尽量小一些,可以减小误差B.P1、P2及P3、P4之间的距离取的小一些,可以减小误差C.若在钉大头针P3不小心使玻璃板平移到了虚线框位置,则最终测得的折射率偏大D.若把bb'误画在了cc',其他操作均正确,则测得的折射率偏小D解析

入射角如果尽量小一些小些,折射角也会小些,折射现象不明显,角度的相对误差会大些,故A错误;折射光线是通过隔着玻璃观察成一条直线确定的,大头针间的距离太小,引起的角度误差会较大,故P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些,可以提高精确度,故B错误;不小心把玻璃砖平移到了虚线框位置,则入射角和折射角都不会改变,不会影响折射率的测量,故C错误;若把bb'误画在了cc',导致折射角变大,所以测得的折射率就会偏小,故D正确。故选D。典例2

如图所示,某同学在“测量玻璃的折射率”的实验中,先将白纸平铺在木板上并用图钉固定,玻璃砖平放在白纸上,然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa'和bb',O为直线AO与aa'的交点,在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。(1)该同学接下来要完成的必要步骤有

。

A.插上大头针P3,使P3仅挡住P2的像B.插上大头针P3,使P3挡住P2的像和P1的像C.插上大头针P4,使P4仅挡住P3D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P2、P1的像BD(2)过P3、P4作直线交bb'于O',过O作垂直于aa'的直线NN',连接OO'测量图中角α和β的大小,则玻璃砖的折射率n=

。

(3)如果在实验过程中不小心将玻璃砖向上平移了一些,bb'移到图中虚线位置,而在作光路图时aa'不变,则所测得的折射率将

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

(4)若所使用的玻璃砖的界面bb'与aa'不平行,其他操作无误,则所测得的折射率将

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

偏大不变典例3

在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图甲所示。

(1)下列做法正确的是

。

A.入射角越大,误差越小B.在白纸上放好玻璃砖后,用铅笔贴着光学面画出界面C.实验时既可用量角器,也可用圆规和直尺等工具进行测量D.判断像与针是否在同一直线时,应该观察大头针的头部C(2)请在图乙中画出完整的光路图。(3)对你画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=

(保留3位有效数字)。

1.54(4)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图丙所示。图丙中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应折射光线上的2枚大头针是P3和

(选填“A”或“B”)。A解析

(1)入射角尽量大些,折射角也会大些,折射现象较明显,角度的相对误差会减小,但要注意并不是入射角越大越好,应适度,故A错误;为了防止弄脏玻璃砖,不能用铅笔贴着光学面画界面,故B错误;实验中需要测角度时既可用量角器,也可用圆规和直尺等工具进行测量,故C正确;判断像与针是否在同一直线时,应该观察大头针的整个部分,不能只观察其头部,故D错误。(2)光路图如图所示。

C考点二拓展创新实验实验设计的创新

利用激光笔结合标尺分析光点的位置变化替代插针法数据处理的创新实验目的的创新

用测液体的折射率替代测玻璃砖的折射率典例5

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。如下图所示,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,读出OA间的距离为20.00cm,AB间的距离为6.00cm,测得图中直尺到玻璃砖上表面的距离d1=10.00cm,玻璃砖厚度d2=4.00cm,则该玻璃的折射率n=

,光在该玻璃中传播速度v=

m/s(光在真空中传播速度c=3.0×108m/s,结果均保留两位有效数字)。

1.22.5×108典例6

某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线,如图所示,并在入射光线AO上插上大头针P1、P2,现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上大头针P3和P4,便能确定光在玻璃砖中的折射光线。(1)确定P3位置的方法正确的是

;

A.透过玻璃砖,P3挡住P2的像B.先插上P4大头针,在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置C.透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像C(2)作出光线在玻璃砖中和出射后光线的光路图,并画出玻璃砖中光线的折射角θ2;(3)经过多次测量作出sinθ1-sinθ2的图像如图,玻璃砖的折射率为

(保留三位有效数字);

(4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画的偏左了一些,则测出来的折射率