通用版2022届高考物理一轮复习专题十五光学电磁波与相对论实验十五：测定玻璃的折射率

实验十五：测定玻璃的折射率一、实验原理与操作二、数据处理与误差分析数据处理.(1)计算法：计算每次折射率n，求出平均值n.(2)图象法(如图S15-1所示)图S15-2

图S15-1(3)单位圆法(如图S15-2所示)三、误差分析1.确定入射光线、出射光线时产生误差.故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点；2.测量入射角与折射角时产生误差.故入射角不宜过小，但也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱.四、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.【基础自测】

在测定玻璃的折射率的实验中，对一块两面平行的玻璃砖，用“插针法”找出与入射光线对应的出射光线.现有甲、乙、丙三位同学分别做出如图S15-3的三组插针结果.从图上看，肯定把针插错了的同学有________.图S15-3

解析：光线透过平行玻璃砖时出射光线与入射光线平行，且从空气射入玻璃砖时入射角大于折射角，因而光线透出时相对于入射光线向左下侧发生偏移，由图可知，甲乙图中出射光线不符合事实，肯定插错了.答案：甲、乙考点1实验原理与操作

【典题1】(2020

年山东实验中学零模)如图S15-4所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先把方格纸固定在木板上.再把玻璃砖放在方格纸上，并确定a和b为玻璃砖的上下界面的位置.在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，再从玻璃砖的另一侧插上大头针P3和P4.请完成以下实验步骤：图S15-4(1)下列操作步骤正确的是________.(填正确答案标号)A.插上大头针P3，使P3

挡住P2

的像B.插上大头针P3，使P3

挡住P1、P2

的像C.插上大头针P4，使P4

挡住P3的像D.插上大头针P4，使P4

挡住P3

和P1、P2

的像(2)正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4

的位置(图中已标出)，在图中作出完整的光路图.

(3)利用光路图计算此玻璃砖的折射率n＝__________.

解析：(1)在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1

和P2，确定入射光线，然后插上大头针P3，使P3挡住P1，P2的像，再插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2

的像，从而确定出射光线.则B、D正确.(2)光路图如图D113所示.

图D113考点2数据处理和误差分析

【典题2】(2020

年通辽蒙古族中学三模)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S15-5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.甲乙

图S15-5 (1)在图上补画出所需的光路. (2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的AB分界面上画出这两个角. (3)用所测物理量计算折射率的公式为n＝________.

(4)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________(填“小一些”“无所谓”或“大一些”). (5)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象，由图象可知该玻璃的折射率n＝________.解析：(3)由折射定律可得n＝sinisinγ.

(4)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.(2)如图D114所示(3)sinisinγ＝n，由题图乙可知斜率为1.5，即

(5)图象的斜率k＝该玻璃的折射率为1.5.答案：(1)如图D114所示sinisinγ(4)小一些(5)1.5图D114考向1实验操作的创新

根据全反射的条件，使入射光从透明介质向空气传播，调节入射角的大小，使其恰好发生全反射，这时的入射角就是临

【典题3】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.开始时玻璃砖的位置如图S15-6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.请用你的测量值表示出折射率：________.图S15-6

解析：由题意可知，当玻璃砖转过某一角度θ时，刚好发生全反射，在直径边一侧观察不到P1、P2

的像，画出如图D115图D115答案：玻璃砖直径边绕O点转过的角度θn＝

1sinθ考向2数据处理的创新

使入射光线的入射角一定，根据不同位置折射角的大小，由折射率的定义式算出折射率的大小.

【典题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S15-7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：图S15-7(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3

处所对应的折射率的值为________.

(2)图中P3、P4两位置________处所对应的