2022届新高考物理人教版一轮复习学案：实验二十 测量玻璃的折射率 WORD版含解析.docx

1、实验二十测量玻璃的折射率实验溯本求源一、实验原理与操作装置图及思路操作要领(1)铺白纸、画线如图所示，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(2)插针与测量在线段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的位置移去玻璃砖连接P3、P4并延长交bb于O，

2、连接OO即为折射光线，入射角1AON，折射角2OON用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值改变入射角1，重复实验，记录相关测量数据思路：用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线OB，确定出O点，画出折射光线OO，然后测量出角1和2，根据nsin1sin2计算玻璃的折射率二、数据处理1计算法用量角器测量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 2，算出不同入射角的sin1sin2值，并取平均值2作sin 1 sin 2图像改变不同的入射角1，测出不同的折射角2，作sin 1 sin 2图像，由nsin1sin2可知图像应为直线，如图所示，其斜率为折射率即nk.3“单位圆法”确定

3、sin 1、sin 2，计算折射率n以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线AO于P点，交折射光线OO于Q点，过P作CD的垂线PN，过Q作CD的垂线QN，如图所示，则sin 1PNOP，sin 2QNOQ，又OPOQR，则nsin1sin2PNQN，只要用刻度尺测出PN，QN的长度就可以求出n.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、P3与O之间距离要稍大一些(2)入射角1不宜太大(接近90)，也不宜太小(3)操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线(4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变

4、(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，以减小测量的相对误差实验热点探究热点一教材原型实验例1 2019天津卷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

5、四枚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)练1由于实验室中矩形玻璃砖的数量不够，部分同学需改用直角三棱镜做“测定玻璃的折射率”的实验，实验步骤如下：a.如图所示，先在一张白纸上作相互垂直的直线ab、ab作为三棱镜的两个界面，并在直线上标出点O；b标出P3、P4位置；c将三棱镜放在白纸上，使短边跟ab对齐，长边跟ab对齐；d在长边ab的外侧透过三棱镜观察大头针P1

6、、P2的像，调整视线方向，直到P1的像完全被P2挡住；e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P1、P2的像和P3；f在O点作一垂直ab的线段OA，在OA上垂直地插两枚大头针P1、P2；g移去三棱镜和大头针，连接P3P4，交ab于O，过O点作与ab垂直的法线MN；h作光路图，计算折射率n.(1)正确的实验步骤顺序为_(2)请在图中画出准确完整的光路图(3)请根据图中所给数据，求出该玻璃的折射率n_练2(1)在“测定玻璃的折射率”的实验中，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，他认为缺少一种器材，请你写出所缺器材的名称：_老师将

7、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，请你指出第四枚大头针应在图乙中的位置_(填“A”“B”或“C”)(2)小红利用方格坐标纸测定玻璃的折射率，如图丙所示，AO是画在纸上的直线，她在直线AO适当位置竖直插上P1、P2两枚大头针，放上半圆形玻璃砖(如图丙中粗黑线所示)，然后插上P3、P4两枚大头针，以确定折射光线其中她确定P3大头针位置的方法应当是：_.操作完成后，她用圆规作了一个以O为圆心，半径与玻璃砖半径相同的半圆(如图丙中虚线所示)则她测出玻璃的折射率n_热点二实验拓展创新例2 一实验小组在做插针法“测定玻璃的折射率”实验时，发现老师给的一块两面平行的玻璃砖，其中一面aa

8、是镀银面，光线能反射但不能穿过，于是利用观察反射光线插针法测折射率，如甲图所示，四个黑点P1、P2、P3、P4依次分别为四个插针位置，乙图为画好边界线移去玻璃后的光路图，图中M为OO的中点(1)请在图乙中画出玻璃内的光路，并标出光线进入玻璃时的入射角1和折射角2.(2)用所给的字母，写出求解玻璃折射率的表达式n_.(3)某同学将玻璃边界线画为丙图中的两条虚线，则测出的折射率与实际值相比将会偏_ (选填“大”或“小”)练3小李同学利用激光笔和角度圆盘测量半圆形玻璃砖的折射率，如图所示是他采用手机拍摄的某次实验现象图，、是三条光线，固定好激光笔，然后将圆盘和玻璃砖一起顺时针绕圆心缓慢转动了5角，发

9、现光线_(选填“”“”或“”)恰好消失了，那么这次他所测得半圆形玻璃砖的折射率n_练4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点射向玻璃砖上表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出O、A间的距离为20.00 cm，A、B间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d110.00 cm，玻璃砖厚度d24.00 cm.玻璃的折射率n_，光在玻璃砖中传播速度v_m/s(光在真空中传播速度c3.0108 m/s，结果均保留两位有效数字)实验二十测量玻璃的折射率实验热点探究例1解析

10、：本实验考查光学中测定玻璃折射率的操作方法、误差分析、数据处理，培养考生的实验能力，体现实验探究中证据、解释的素养要素(1)所用玻璃砖两表面是否平行，与提高实验精确度无关，故B错选用细的大头针有利于提高精确度，故C错所用玻璃砖两表面及插在玻璃砖同侧的两枚大头针的间距尽量大些，可以减小测量的相对误差，故A、D均正确 (2)利用平行玻璃砖做本实验时，入射光线进入玻璃砖后折射光线靠近法线，而穿出玻璃砖的光线与入射光线平行，故根据孔洞作出的两条光线应平行且下面的光线应向左错开一小段距离故A、B、C错误，D正确(3)由折射率的定义式可知，nsinAOCsinBODACAOBDBOACBD.答案：(1)A

11、D(2)D(3)ACBD练1解析：(1)测定玻璃的折射率时，先在白纸上作出玻璃砖的边界，选定入射点，确定入射光线，然后把玻璃砖放在白纸上，确定出折射光线；撤去玻璃砖，作出光路图，求出入射角与折射角，根据折射率的定义式求出折射率，因此合理的实验步骤是：afcdebgh.(2)折射光路如图所示：(3)由几何知识可知，30，45，玻璃的折射率nsinsinsin45sin302.答案：(1)afcdebgh(2)见解析图(3)2练2解析：(1)本实验需要用刻度尺测量相应长度以计算入射角、折射角的正弦值，通过平行介质的入射光线和折射光线是平行的，所以第四枚大头针的位置应该在B处(2)正确的操作是透过玻

12、璃砖看，P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像，设入射光线与圆的交点为C，出射光线与圆的交点为D，过C、D分别作对称轴MN的垂线，交点分别为M、N，如图，则nNDMC1.5.答案：(1)刻度尺B(2)透过玻璃砖看，P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像1.5例2解析：(1)分别作出过入射点与出射点的法线，然后作出折射光线与反射光线，光路图如图所示：(2)折射率nsin1sin2.(3)由丙图所示可知，界面aa偏后，bb与玻璃界面重合，则作光路图测出的入射角1不变而折射角2偏小，由nsin1sin2可知，所测折射率偏大答案：(1)见解析图(2)sin1sin2(3)大练3解析：将圆盘和玻璃砖一起顺时针绕圆心缓慢转动了5角，发生了全反射，光线恰好消失；此时的临界角为C45，则这次他所测得半圆形玻璃砖的折射率n1sinC1sin452.答案：2练4解析：作出光路图如图所示，根据几何知识可得，入射角i45，设折射角为r，则tan r34，故折射率nsinisinr1.2，故vcn2.5108 m/s.答案：1.22.5108