第14章　第76讲　实验十七　测定玻璃的折射率-2027版高考物理一轮复习课件

第十四章光第76讲实验十七测定玻璃的折射率学习目标命题热点(1)理解测量玻璃折射率的原理。(2)能通过插针法找出折射光线。(3)能通过实验数据求出玻璃的折射率。教材原型实验主要围绕实验操作、数据处理和误差分析进行考查；创新实验主要围绕实验方法的迁移应用和利用全反射测折射率。考点一考点二提能训练练案[76]考点一教材原型实验一、实验原理当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而求出折射光线OO′和折射角θ2，再根据___________算出玻璃的折射率。二、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔。三、实验步骤1．用图钉把______固定在木板上。2．如图所示，在白纸上画一直线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。白纸3．把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再用三角板画出玻璃砖的另一边bb′。4．在线段AO上________插上两枚大头针P1、P2。5．从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，使P1的像被P2的像挡住。再在bb′一侧插上大头针P3，使P3能_______________，然后再插上P4，使P4挡住P3和____________。竖直地挡住P1、P2的像P1、P2的像6．移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′。连接O、O′，OO′就是玻璃砖内的折射光线。∠AON为入射角θ1，∠O′ON′为折射角θ2。7．用量角器量出入射角和折射角，查出它们的正弦值，并记录数据。8．改变入射角的大小，重复以上实验。四、数据处理1．计算法五、注意事项1．实验时，将大头针尽可能竖直地插在纸板上，并且使P1与P2之间、P3与P4之间距离适当大一些，这样可以减小确定光路方向时出现的误差。2．入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，太大会导致反射光太强、折射光太弱，不易确定P3、P4的位置。3．在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖当尺子画界线。4．在实验过程中，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。

某小组在实验室做测定玻璃的折射率实验。(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度_______(选填选项前字母)。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，他认为还缺少器材，请你写出所缺器材的名称：__________。小朱同学将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，透过玻璃砖观察，调整视线方向，插上第四枚大头针P4应使其遮挡住__________。(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所示，其中实验操作正确的是________。(4)该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，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两点，再过A、B两点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D两点，如图a所示，则玻璃砖的折射率n＝________(用图中线段的字母表示)。(5)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图b中①、②所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比_______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)；乙同学测得的折射率与真实值相比_______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。[解析]

(1)为了减小作图误差，应选用两光学表面间距大的玻璃砖，A正确；根据折射定律可知，如果两个光学面不平行，不影响入射角与折射角的值，所以对折射率的测定结果不产生影响，B错误；为了准确确定光路图，应选用较细的大头针来完成实验，选用粗的大头针完成实验时，观察时容易出现误差，C错误；插在玻璃砖同侧的大头针之间的距离适当大些时，在相同的距离误差情况下引起的角度误差较小，D正确。(2)缺少的器材为：刻度尺和量角器，运用两点一线的原理确定光线方向，观察的这一侧插两枚大头针应使P4挡住P3以及P1、P2的像。(3)由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线应与出射光线平行，B、C错误；又光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角，A错误，D正确。考点二创新实验提升实验方法的迁移应用考向1[答案]

(1)B

(2)1.59(1.57～1.61均正确)

(3)不变[解析]

(1)入射角和折射角的测量会造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差，A错误；通过插针法来确定入射光线和出射光线时会造成误差，而激光的平行度好，更有利于减小误差，B正确；相同材料各点的折射效果都相同，选择圆心O点作为入射点，是为了利用圆的半径，方便表示出入射角和折射角的正弦值，而不是因为O处的折射现象最明显，C错误。利用全反射测玻璃的折射率考向2

(2025·海南卷·15题)测量某半圆形玻璃砖的折射率，操作步骤如下Ⅰ.在白纸上画一条直线，半圆形玻璃砖放白纸上，玻璃砖直径与直线重合，描出直径两端点A和B，取走玻璃砖，用刻度尺求圆心O点，过O点作AB垂线CO，放回玻璃砖，将光屏垂直AB贴近玻璃砖A点放置。Ⅱ.沿玻璃砖由C向B缓慢移动激光笔，使得入射光线平行纸面且始终沿着半径方向射向圆心O，从玻璃砖射出的激光在AB下方的光屏上恰好消失，记下激光入射点D，取走玻璃砖，过D点作CO的垂线DE。(1)步骤Ⅱ中，当激光从D点入射到O点在AB面下方光屏上恰好消失时是光的________。A．色散现象

B．衍射现象

C．全反射现象(2)用刻度尺测得OB＝4.00cm、DE＝2.50cm，则玻璃砖的折射率n＝________。[答案]

(1)C

(2)1.6[解析]

(1)当激光从D点入射到O点在AB面下方光屏上恰好消失时，此时光线在AB面发生全反射，故是光的全反射现象。故选C。提能训练练案[76]1．在“测量玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作后插好了4枚大头针，如图甲所示。(1)下列说法正确的是________；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．判断像与大头针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部(2)请在图甲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＝________(保留三位有效数字)；(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，经正确操作后插好了8枚大头针，如图乙所示。图乙中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和____(选填“A”或“B”)。[答案]

(1)C

(2)见解析图甲(3)1.57(1.52～1.62均可)

(4)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，角度的相对误差会较小，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出界面，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体，不能只观察其头部，故D错误。(2)光路图如图a所示。(4)光线经由P1P2，射入后光路图如图c所示。第一次折射时入射角大于折射角，第二次是从玻璃砖射向空气，折射角要大于入射角，出射光线要远离法线，由图可知经P3A的出射光线符合事实，而经P3B的出射光线靠近法线不符合事实，故对应的出射光线上的2枚大头针是P3和A。2．用“插针法”测量如图(a)所示的等腰三角形玻璃砖的折射率。(1)以下实验步骤，正确的步骤顺序为________。①在白纸上分别画出玻璃砖三条边对应的直线AB、AC、BC(A、B、C分别为三条直线的交点)，并作一条直线MN与BC平行，测得∠BAC＝θ，如图(b)所示；②测得入射光线P1P2与AB的夹角为i；③在AB左侧光路上竖直插上大头针P1、P2，撤去玻璃砖，在白纸上借助大头针所插位置绘制光路；④将玻璃砖放置且重合于A、B、C三点，用激光笔发出红光，调整入射角，使红光恰好经过直线MN。(2)在步骤③中，两枚大头针的插入顺序为________(选填“P1、P2”或“P2、P1”)；(3)玻璃砖对红光的折射率为n＝________；(4)为探究玻璃砖折射率与光的频率的关系，改用蓝激光笔发射蓝光重复(1)中实验步骤，记录入射光线与AB的夹角为i′，如图(c)所示，测得i′<i。此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关。频率越大，折射率越________(选填“大”或“小”)。[解析]

(1)根据实验的操作步骤，可知该实验的合理操作步骤为①④③②。(2)在确定入射光线时，应先插离玻璃砖较近的大头针P2，再插离玻璃砖较远的大头针P1，这样更容易准确确定入射光线的方向。所以两枚大头针的插入顺序为P2、P1。(3)作出入射光线、法线、辅助线如图(4)已知i′<i，入射角变大，说明蓝光的偏折程度比红光更大。根据折射定律，偏折程度越大，折射率越大，而蓝光频率比红光大，所以对于同一种介质，频率越大，折射率越大。3．章飞同学在学习光学时做了两个实验，他在用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经P1、P2点的入射光线。(1)帮助章飞在图甲上补画出光路以及入射角i和折射角r；(2)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃砖的折射率n＝________。[答案]

(1)见解析图(2)1.5[解析]

(1)连接P3、P4与CD交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，又由于P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两点即可作出玻璃砖折射光线，O点与光线在AB上的入射点的连线即为法线，入射角和折射角如图中i、r所示。作出光路图如图所示图像的斜率k＝n由题图乙可知斜率为1.5，即玻璃的折射率为1.5。4．某实验小组用三种方法来测量折射率。如图甲所示，把一个带圆弧刻度的光具盘竖直放置，把半圆形玻璃砖安装在光具盘上，让光从圆心O斜射入玻璃砖，通过角度可测量折射率；如图乙所示，把光具盘的一半竖直放置在水中，AB是竖直直径，