2024届高考物理一轮总复习第13章光学电磁波相对论实验18测定玻璃的折射率课件

光线。
②把平行玻璃转平放在白纸上,使它的长边跟aa'
对齐,画出玻璃砖的另一条长边bb'。
(2)插针与测量
①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,再在观察的这一侧依次插两
枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P1、P2的像及P3,记下P3、P4
(3)为了保证能在弧面CD上有出射光线,实验过程中,光线在弧面AB上的入
射角应适当小一些,才不会使光线在CD面上发生全反射。

(4)图像的斜率k=
=n,由题图乙可知斜率为1.5,即该玻璃的折射率为1.5。

考题点睛
考点考向
点睛
规律:画出入射光线和折射光线,找出入射角和折射角,用图像
测折射率的 法处理sin i与sin r的大小,计算出折射率
的位置。
P3、P4连线即为光线AO的出射光线
②移开玻璃砖连接P3、P4并延长交bb'于O',连接OO'即为折射光线,入射角
θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'。
③用量角器测出入射角和折射角,查出它们的正弦值。
④改变入射角θ1,重复实验,记录相关测量数据。
5.数据处理
(1)计算法:计算每次折射率n,求出平均值 。
②根据 sin
1
C= 可知,折射率为
1
n=sin
可知,只需要知道临界角的正弦值就可得到折射率,
即还需要测量出 CD 的长度 l。

③sin C= =
2
则折射率为
2


n= 。
2
3.(2021全国乙卷)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用
A、B两个大头针确定入射光路,C、D两个大头针确定出射光路,O和O'分别是入
射,入射角从0逐渐增大。达到45°
时,玻璃砖下表面的出射光线恰好消
失。求此玻璃砖上、下表面的夹角。
乙
甲
答案 (1)√2 (2)15°
解析 (1)入射角满足 sin i=
10.0
√10.02 +20.02
根据折射定律
解得 n=√2。
sin
n=sin
,折射角满足 sin r=
5.0
√5.0 2 +15.02
(2)设此玻璃砖上、下表面的夹角为 θ,光路图如图所示,当入射角为 i'=45°时,
由折射定律
sin '
n=
得
sin '
折射角 r'=30°
该光线恰好在下表面发生全反射,因此有 sin
解得 C=45°
根据几何关系 θ=C-r'=15°。
1
C=
选项A出射光线与入射光线在同一直线上,选项B、C中出射光线与入射光
线不平行,故只有选项D正确。
(3)设图中入射角为 i,折射角为 r,则 sin
sin
n=
sin
=。Βιβλιοθήκη i= ,sin

r= ,故折射率
考题点睛
考点考向
点睛
规律:控制实验条件准确操作实验,以保证得到的入射
角和折射角的准确性
率n=
。
答案 (1)不变
(2)不变
(3)1.5
解析 (1)虽然将规则的玻璃砖倾斜一定角度,但准确记下玻璃砖的四个分
界面,能准确得到入射光线与折射光线,因此玻璃砖折射率的测量值与真实
值相等。
(2)如图
玻璃砖折射率的测量值为
sin
n'=
sin
1 '
2 '
玻璃砖折射率的真实值为
sin
n=sin
1
点O为圆心作圆,与入射光线、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作
法线NN'的垂线,垂足分别为C、D点,如图所示,则玻璃的折射率
n=
。(用图中线段的字母表示)
答案 (1)AD
(2)D
(3)


解析 (1)在插针法测定玻璃的折射率实验中,使用两光学面间距大的玻璃
砖能更准确地确定玻璃砖内光线的位置,有利于减小实验误差,而两光学面
(2)图像法(如图所示)
(3)单位圆法(如图所示)
6.误差分析
(1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故在入射侧和出射侧所插
两枚大头针的间距应大一些。
(2)入射角和折射角的测量造成误差。入射角应适当大一些,可以减小测量
的相对误差。
易错辨析 (1)做测定玻璃的折射率实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸
n=
。
答案 (1)见解析
sin
(2)
sin
(3)小一些 (4)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,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
两交点即可作出玻璃砖中的光路,如图所示。

(2)由折射定律可得n=

。
线方向,直到从玻璃砖下方恰好看不到P2和P1的像,然后沿半圆柱玻璃砖的
直径画一条直线AB,过O画AB的垂线与半圆交于C点,过圆上的C点作垂直
于P1P2延长线的直线交P1P2延长线于D,如图乙所示。
①看不到P2和P1的像是因为发生了
。
②只使用毫米刻度尺,且计算简洁,还需要测量
的长度,记作l。
③玻璃砖的折射率的表达式n=
2
由图得
θ1'=θ1
θ2'=θ2
比较可得n'=n。
(3)由几何关系可得
sin

θ1=
sin

θ2=
根据折射率公式可得
sin
n=
sin
1
2
=

=1.5。

2.(2022四川雅安期中)(1)在测量玻璃的折射率时,实验室提供了多种形状
的玻璃砖供同学们使用,某实验小组使用两种不同形状的玻璃砖进行实验,
是否平行对测量折射率没有影响,选项A正确,B错误;插针时要求后插的针
挡住先插的针或先插的针的像,故选用细一点的大头针能更准确地确定光
线位置,提高实验精确度,选项C错误;实验中是根据同侧两枚大头针的连线
来确定入射光线或出射光线,故距离大些更好,选项D正确。
(2)由题图可知实验使用的是平行玻璃砖,故出射光线应该与入射光线平行,
。
(2)另一个实验小组使用半圆柱玻璃砖测量玻璃的折射率,他们的操作步骤
如下:
A.用毫米刻度尺量出半圆柱玻璃砖的直径d,然后确定圆心的位置,记在玻
璃砖上;
B.在白纸上画一条直线作为入射光线,并在入射光线上插两枚大头针P1和
P 2;
C.让入射光线与玻璃砖的直径垂直,入射光线经过圆心O;
D.以垂直于纸面过圆心O的直线为轴,缓慢逆时针转动玻璃砖,同时调整视
的四个分界面,如图乙,其他操作完全正确,则玻璃砖折射率的测量值与真
实值相比
(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)另一同学已记录好了玻璃砖的两个分界面,操作不慎,将玻璃砖的位置
稍微向下平行移动了一小段距离,如图丙,其他操作完全正确,则玻璃砖折
射率的测量值与真实值相比
(选填“变大”“变小”或“不变”)。
θ1为空气中的角,θ2为玻璃中的角
sin 1
n=sin
2
计算玻璃的折射率。
3.实验器材
白纸、图钉、大头针、刻度尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖。
4.实验步骤
(1)铺白纸、画线
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
。
(选填“OD”或“CD”)
答案 (1)AC
(2)①全反射 ②CD

③2
解析 (1)在入射光线和折射光线上取两个离入射点较远的点,分别向法线
作垂线,用刻度尺量出入射角和折射角的对角和斜边的长度,求出入射角和
折射角的正弦值,根据折射定律计算出折射率,故A正确;由于上下表面平行,
光线从上表面射入下表面射出,入射角等于出射角且小于90°,则不可能在
他们在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图甲中1、2所
示,他们的其他操作均正确,下列说法正确的是
A.学习小组没有量角器和圆规,利用刻度
尺和三角板也可以测出玻璃砖的折射率
B.光线从矩形玻璃砖上表面入射后,再从
下表面射出,可能在下表面发生全反射
C.图1测得的折射率比真实值小
D.图2测得的折射率比真实值大
射点和出射点,如图甲所示。测得玻璃砖厚度为h=15.0 mm;A到过O点的法线
OM的距离l1=10.0 mm,M到玻璃砖的距离l2=20.0 mm,O'到OM的距离为
s=5.0 mm。
(1)求玻璃砖的折射率。
(2)用另一块材料相同,但上、下两表
面不平行的玻璃砖继续实验,玻璃砖
的截面如图乙所示。光从上表面入
线。
(1)在图甲上补画出光路以及入射角i和折射角r。
(2)用所测物理量计算折射率的公式为n=
。
(3)为了保证在弧面CD得到出射光线,实验过程中,光线在弧面AB的入射角
应适当
(选填“小一些”“无所谓”或“大一些”)。
(4)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
(3)如图丁利用“插针法”测量不平行玻璃砖折射率。实验数据处理采用如
下方法:以入射点O为圆心,取一合适的长度为半径作圆,该圆与入射光线
PO交于M点,与折射光线OO'的延长线交于F点,过M、F点分别向法线作垂
线,其垂足分别为N、E,现测得lMN=1.68 cm,lEF=1.12 cm,则该玻璃砖的折射
第十三章
实验18 测定玻璃的折射率
内
容
索
引
01
强基础 增分策略
02
增素能 精准突破
03
练思维 迁移运用
强基础 增分策略
1.实验目的
测定玻璃的折射率,掌握光发生折射的入射角和折射角的确定方法。
2.实验原理
用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O'B,确定出O'点,画出折射光
线OO',然后测量出角θ1和θ2,根据
)
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
扎下的孔洞如下图所示,其中实验操作正确的是(
)
(3)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
数据处理和 方法:利用图像的斜率表示折射率n
误差分析
易错:光从圆弧状玻璃出射时为防止发生全反射,在AB面入射
时,入射角应小一些
练思维 迁移运用
1.(2022重庆渝北期中)某同学用“插针法”测量玻璃的折射率,所用玻璃砖两
面平行。正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图甲所示。
(1)某同学操作不慎,将规则的玻璃砖倾斜一定角度后,仍准确记下玻璃砖
上。( √ )
(2)做测定玻璃的折射率实验时,入射角越大越好。( × )
(3)做测定玻璃的折射率实验时,应把玻璃砖界面当作尺子直接画界线。
( ×)
增素能 精准突破
考点一
实验原理与操作
典例1.某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材有:玻璃砖、大头针、刻
度尺、圆规、笔、白纸。
(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度(
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
下表面发生全反射,故B错误;在图1中,通过作图的方法,根据几何关系可知,
所得到的光在介质中的折射角偏大,则所测得的折射率偏小,故C正确;在图
2中,只要操作正确,测量结果与玻璃砖的形状无关,测得的折射率等于真实
值,故D错误。
(2)①从玻璃砖下方恰好看不到P2和P1的像,则P2和P1的像是发生了全反射。
测折射率的原理
光学中的几何关系
方法:用后插大头针挡住前插大头针的像及两点决定
一直线来画出入射光线和折射光线,从而找出入射角
和折射角,利用单位圆计算出n
易错:两光学面不必平行,只需画出入射光线和折射光
线就能求得折射率
考点二
实验数据处理与误差分析
典例2.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