实验14　测量玻璃的折射率高考物理总复习新教材版

1、实验测量玻璃的折射率测量玻璃的折射率。如图所示，用插针法确定入射角和折射角，根据n计算玻璃折射率。两侧面平行的玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、刻度尺、铅笔。1把白纸用图钉钉在木板上。2用刻度尺在纸面上作一条直线aa，过aa上一点O作垂直于aa的线段NN，再过O点作一条线段AO，并使NOA即1适当大些。3在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，并使间距适当大些，在白纸上沿直线aa放上被测玻璃砖。4沿玻璃砖的另一个侧面再作一条直线bb。5在玻璃砖的bb一侧白纸上竖直地插一枚大头针P3，使P3恰好能同时挡住aa一侧所插的大头针P2、P1的像。接着，在玻璃砖的bb一侧再竖直地插一枚大头针P4

2、，使P4能挡住P3本身以及P1、P2的像。6标记下P1、P2、P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4作一条直线OB，交bb于O点，连接OO就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为2。7用量角器量出入射角1和折射角2的大小，记入表格内。8用上述方法分别测出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，记入表格里。算出各不同入射角时的值，求出它们的平均值，就是这块玻璃的折射率。求折射率的四种方法1计算法：用量角器测量入射角1和折射角2，算出不同入射角时对应的，并取平均值。2图像法：多次改

3、变入射角1，测出对应的折射角2，作sin1sin2图像，由n可知图像应为一条过原点的直线，如图所示，其斜率就是玻璃的折射率。3辅助线段法：利用直尺作辅助线，测出辅助线的长度，求玻璃的折射率。如图所示，作辅助线AB垂直于OB，量出、，作辅助线CD垂直于OD，量出、，则sin1，sin2，即可求出：n。4“单位圆法”：以入射点O为圆心，以适当长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO于E点，过E作NN的垂线EH交NN于H点，过E作NN的垂线EH交NN于H点。如图所示，sin1，sin2，R，则n。只要用刻度尺量出、的长度就可以求出n。1实验时，将大头针尽可能竖直地插在纸板上，并且使P1

4、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1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。考点1教材原型实验例1某小组同学用插针法测定玻璃砖的折射率，实验装置如图甲所示。(1)关于实验操作，下列说法中正确的是_。A若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像B为减小测量误差，P1、P2的连线与法线NN的夹角应尽量小些C为了减小作图误差，P3和P4的距离

5、应适当取大些D若P1、P2的连线与法线NN夹角较大时，有可能在bb面发生全反射，所以在bb一侧就看不到P1、P2的像(2)甲、乙二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乙中、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_(填“偏大”“偏小”或“不变”)；乙同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”)。答案(1)C(2)偏小不变解析(1)根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射，则即使P1、P2的距离较大，通过玻璃砖仍

6、然可以看到P1、P2的像，A、D错误；为减小测量误差，入射角应适当大一些，则P1、P2的连线与法线NN的夹角应适量大些，B错误；为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些，C正确。(2)图甲同学测定折射率时，作出的折射光线如图中虚线所示，实线表示实际光线，可见测得的折射角偏大，则由折射定律可知，甲同学测得的折射率与真实值相比将偏小；图测折射率时，主要操作正确，与玻璃砖形状无关，故乙同学测得的折射率与真实值相比不变。对点跟进训练(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

7、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)测定玻璃折射率的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

8、侧两枚大头针间的距离尽量大些都有利于提高实验的准确程度，A、D正确；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B、C错误。(2)两光学表面平行的玻璃砖的入射光线与出射光线平行，在空气中的入射角大于玻璃中的折射角，在题图中，根据玻璃砖界线及四个孔洞位置分别作出光路图及法线，如图1所示分析可知实验操作正确的是D。(3)如图2所示，玻璃的折射率n，又sini，sinr，故n。考点2实验拓展与创新例2现要估测一矩形玻璃砖的折射率n，给定的器材有：待测玻璃砖、白纸、铅笔、大头针1枚、直尺、直角三角板。实验时，先将直尺的一端O和另一点M标上两个明显的标记，再将玻璃砖平放在白纸

9、上，沿其两个长边在白纸上画出两条直线AB、CD，再将直尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置，使O点与直线CD相交，并在白纸上记下点O、M的位置，如图所示，然后在右上方通过AB所在界面向左下方观察，调整视线方向，直到O点的像与M点的像重合，再在AB直线上插上大头针，使大头针挡住M、O的像，记下大头针P点的位置。(1)请在原图上作出光路图；(2)计算玻璃砖的折射率的表达式为：n_(用字母P和图中已知线段的字母表示)。答案(1)图见解析(2)解析(1)调整视线方向，当O点与M点的像重合时，从O点发出的光线经玻璃折射后与从M点发出的光线经AB面反射后重合。在AB直线上插上大头针，使大头针挡住M、O的像，则大头

10、针的位置为从O点发出的光线射出玻璃的点和从M点发出的光线在AB面上的反射点，故光路图如图所示。(2)由几何关系作出角i、r如图，可求出折射率n。对点跟进训练某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像。如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失。此时只需测量出_，即可计算出玻璃砖的折射率。请用你的测量量表示出折射率n_。答案玻璃砖直径边绕O点转过的角度解析由题意可知，当玻璃砖

11、转过某一角度时，刚好发生全反射，在直径边一侧观察不到P1、P2的像，作出如图所示的光路图，可知全反射临界角为，则有n。1实验小组要测量玻璃的折射率，实验室器材有：玻璃砖、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、刻度尺、笔、白纸。作出光路如图所示，过C点作法线交玻璃砖于A点和C点，过O点延长入射光线交AC于B点。设OA的长度为l1，OB的长度为l2，OC的长度为l3，AB的长度为l4，AC的长度为l5，为方便测量出玻璃的折射率，需用刻度尺测量的量至少有_(选填“l1”“l2”“l3”“l4”或“l5”)，则计算玻璃折射率的表达式为n_。答案l2、l3解析玻璃的折射率n，由几何关系知，sin1，si

12、n2，则n，即至少要测量l2、l3。2.某小组用“插针法”测平行玻璃砖的折射率，如图已确定好入射方向AO与玻璃砖界面aa的夹角为，插了两枚大头针P1和P2,1、2、3、4分别是四条直线。(1)在bb侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在_线上(选填“1”“2”“3”或“4”)。(2)实验中画出入射点与出射点的连线，并测得连线与玻璃砖界面aa的夹角为，则玻璃的折射率n_。(3)若描出玻璃砖两边界线aa、bb后，不小心将玻璃砖沿OA方向平移了一些再进行实验，则折射率的测量值将_(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。答案(1)2(2)(3)不变解析(1)由折射定律可知，光线通过平行玻璃砖后，出

13、射光线与入射光线平行，且由于光线在上表面折射时，折射角小于入射角，则出射光线向左侧偏移，即大头针P3和P4可能插在2线上。(2)由题可知，折射率n。(3)不小心将玻璃砖沿OA方向平移了一些，玻璃砖移动后，实际的光路如图中实线所示，而实验时仍按aa、bb确定入射角和折射角，画出的玻璃砖中的光路如图中虚线所示，由几何关系可知入射角和折射角的测量值准确，故测得的折射率将不变。3.某同学为了测量截面为正三角形的玻璃三棱镜的折射率，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的右侧观察到P1和P2的像，当P1的像恰好被P2的像挡住时，插上大头针P3和P4，使P3挡住P1、P2的

14、像，P4也挡住P1、P2的像，在纸上标出的大头针的位置和三棱镜的轮廓如图所示。(1)在图上画出对应的光路。(2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率，若以AB为分界面，需要测量的量是_，在图上标出它们。(3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n_。(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置，底边仍重合)，若仍以AB为分界面，则三棱镜玻璃材料折射率的测量值_真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)。答案(1)图见解析(2)入射角1、折射角2标记见解析(3)(4)大于解析(1)光路图如图所示。(2)若以AB为分界面，需要测量的量为入射角1、折射角2，如图所示。(

15、3)该三棱镜玻璃材料的折射率的计算公式为n。(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移，仍以AB为分界面，将入射光线与AB(虚线)的交点和出射光线与BC(虚线)的交点连接起来，从而可知该连接线发生偏转，导致折射角变小，而入射角不变，所以折射率的测量值比真实值大。4.学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示。在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：(1)若AOF30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为_；(2)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为_。(3)你认为圆周KC部分折射率刻度有什么特点？_。答案(1)(2)1(3)越靠近K，折射率越小，越靠近C，折射率越大；刻度