2022三维设计一轮大本高考物理实验十五 测定玻璃的折射率课件
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实验十五 测定玻璃的折射率
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着眼“四层” 夯基础 立足“四翼” 探考法
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着眼“四层” 夯基础
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一、实验原理与操作
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 n
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立足“四翼” 探考 法
【原型实验】
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[例 1] 某同学在做“测定玻璃的折射率”的实验中，先
在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针 P1 和 P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，插上大头针 P3、P4，如图 所示，aa′和 bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，用“×”
表示大头针的位置。图中 AO 表示经过大头针 P1 和 P2 的光线， 该光线与界面 aa′交于 O 点，MN 表示法线。
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A
B
C
D
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(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)
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[解析] (1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出 射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距 大的玻璃砖以及使同侧两枚大头针的距离大些都有利于提 高实验准确程度，减小误差，选项 A、D 正确；玻璃砖两 光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应 选用细长的大头针，故选项 B、C 错误。
过 C 点作法线 NN′的垂线 CD 交 NN′于 D 点，如图所
示，则由几何知识得到 sin θ1＝AAOB ，sin θ2＝CODC ，
又
AO＝OC，则得折射率
n＝ssiinnθ1 θ2来自＝CADB，故
B
正确；在测定玻璃的折射率的实验中，所用玻璃的两表面 aa′和 bb′不平行，
只要操作正确，则画出的光路图正确，能正确得出入射角与折射角，由 n
②移去玻璃砖连接 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
返回
(1)计算法：计算每次折射率 n，求出平均值 n 。
(2)图象法(如图乙所示) (3)单位圆法(如图丙所示)
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二、误差分析 1．确定入射光线、出射光线时不准确。 2．测量入射角与折射角时的测量误差。 3．作图时，玻璃砖的宽度绘制有误差，或因所画的两边 界线不平行等原因出现误差。 三、注意事项 1．玻璃砖要用厚度较大的； 2．入射角应在 30°到 60°之间； 3．大头针要竖直插在白纸上，且距离应尽量大一些； 4．玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺 画界线。
＝sin sin
θ1 θ2
，可知折射率 n 的测量值只与入射角和折射角有关，而与两个表
面的形状无关，所以测得的折射率不变，所以玻璃砖 aa′和 bb′不平行，也
可以用此方法测量折射率，故 C 错误；因为光先从空气射入玻璃中，玻璃
两界面平行，即使入射角太大，折射光线也不会在玻璃砖内表面发生全反
射，故 D 错误。 [答案] (1)见解析
[解析] (1)由于 P3 挡住 P1、P2 的像，P4 挡住 P3 和 P1、P2 返回 的像，故通过 P1、P2 的光线折射后通过 P3、P4，作出光路图， 如图所示：
(2)根据折射定律，玻璃砖的折射率为 n＝ssiinn
θ1 θ2
。
(3)在另一侧透过玻璃砖观察，插上大头针 P3，使 P3 挡住
P1、P2 的像。
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(4)大头针应垂直地插在纸面上，这样便于观察，
故 A 正确；没有量角器，可以用下列方法求出折射率：
完成了光路图以后，以 O 点为圆心、适当长度为半径
画圆，分别交线段 OA 于 A 点，交 O、O′连线延长线
于 C 点。过 A 点作法线 NN′的垂线 AB 交 NN′于 B 点，
(2)插针与测量
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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 的位置，如图甲所示。
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(1)请将光路图画完整，并在图中标出光线进入玻璃砖发生 折射现象的入射角 θ1 和折射角 θ2；
(2)该玻璃砖的折射率可表示为 n＝________。(用 θ1 和 θ2 表示)
(3)确定 P3 位置的方法是________________。 (4)对实验中的现象，下面说法正确的是________ A．大头针应垂直于纸面插上 B．此实验可以不用量角器 C．如果玻璃砖 aa′和 bb′不平行，则无法用此方法测量折 射率 D. 如果入射角太大，则折射光线会在玻璃砖内表面发生 全反射，而使实验无法进行
＝sin sin
θ1 θ2
计算玻璃的折射率。
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3．实验器材 白纸、图钉、大头针、直尺、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如图甲所示，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把平行玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟 aa′对齐， 画出玻璃砖的另一条长边 bb′。
sin (2)sin
θ1 θ2
(3)使 P3 挡住 P1 和 P2 的像 (4)AB
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[例 2] (2019·天津高考)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________。 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________。
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一、实验原理与操作
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 n
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【原型实验】
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[例 1] 某同学在做“测定玻璃的折射率”的实验中，先
在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针 P1 和 P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，插上大头针 P3、P4，如图 所示，aa′和 bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，用“×”
表示大头针的位置。图中 AO 表示经过大头针 P1 和 P2 的光线， 该光线与界面 aa′交于 O 点，MN 表示法线。
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A
B
C
D
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(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)
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[解析] (1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出 射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距 大的玻璃砖以及使同侧两枚大头针的距离大些都有利于提 高实验准确程度，减小误差，选项 A、D 正确；玻璃砖两 光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应 选用细长的大头针，故选项 B、C 错误。
过 C 点作法线 NN′的垂线 CD 交 NN′于 D 点，如图所
示，则由几何知识得到 sin θ1＝AAOB ，sin θ2＝CODC ，
又
AO＝OC，则得折射率
n＝ssiinnθ1 θ2来自＝CADB，故
B
正确；在测定玻璃的折射率的实验中，所用玻璃的两表面 aa′和 bb′不平行，
只要操作正确，则画出的光路图正确，能正确得出入射角与折射角，由 n
②移去玻璃砖连接 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
返回
(1)计算法：计算每次折射率 n，求出平均值 n 。
(2)图象法(如图乙所示) (3)单位圆法(如图丙所示)
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二、误差分析 1．确定入射光线、出射光线时不准确。 2．测量入射角与折射角时的测量误差。 3．作图时，玻璃砖的宽度绘制有误差，或因所画的两边 界线不平行等原因出现误差。 三、注意事项 1．玻璃砖要用厚度较大的； 2．入射角应在 30°到 60°之间； 3．大头针要竖直插在白纸上，且距离应尽量大一些； 4．玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺 画界线。
＝sin sin
θ1 θ2
，可知折射率 n 的测量值只与入射角和折射角有关，而与两个表
面的形状无关，所以测得的折射率不变，所以玻璃砖 aa′和 bb′不平行，也
可以用此方法测量折射率，故 C 错误；因为光先从空气射入玻璃中，玻璃
两界面平行，即使入射角太大，折射光线也不会在玻璃砖内表面发生全反
射，故 D 错误。 [答案] (1)见解析
[解析] (1)由于 P3 挡住 P1、P2 的像，P4 挡住 P3 和 P1、P2 返回 的像，故通过 P1、P2 的光线折射后通过 P3、P4，作出光路图， 如图所示：
(2)根据折射定律，玻璃砖的折射率为 n＝ssiinn
θ1 θ2
。
(3)在另一侧透过玻璃砖观察，插上大头针 P3，使 P3 挡住
P1、P2 的像。
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(4)大头针应垂直地插在纸面上，这样便于观察，
故 A 正确；没有量角器，可以用下列方法求出折射率：
完成了光路图以后，以 O 点为圆心、适当长度为半径
画圆，分别交线段 OA 于 A 点，交 O、O′连线延长线
于 C 点。过 A 点作法线 NN′的垂线 AB 交 NN′于 B 点，
(2)插针与测量
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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 的位置，如图甲所示。
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(1)请将光路图画完整，并在图中标出光线进入玻璃砖发生 折射现象的入射角 θ1 和折射角 θ2；
(2)该玻璃砖的折射率可表示为 n＝________。(用 θ1 和 θ2 表示)
(3)确定 P3 位置的方法是________________。 (4)对实验中的现象，下面说法正确的是________ A．大头针应垂直于纸面插上 B．此实验可以不用量角器 C．如果玻璃砖 aa′和 bb′不平行，则无法用此方法测量折 射率 D. 如果入射角太大，则折射光线会在玻璃砖内表面发生 全反射，而使实验无法进行
＝sin sin
θ1 θ2
计算玻璃的折射率。
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3．实验器材 白纸、图钉、大头针、直尺、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如图甲所示，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把平行玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟 aa′对齐， 画出玻璃砖的另一条长边 bb′。
sin (2)sin
θ1 θ2
(3)使 P3 挡住 P1 和 P2 的像 (4)AB
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[例 2] (2019·天津高考)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________。 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________。