1、实验十测量玻璃的折射率【必备知识自主排查】一、实验思路与操作装置图和思路操作要领思路：用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线OD，确定出O点，画出折射光线OO，然后测出角1和2，根据nsin1sin2计算玻璃的折射率(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
2、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，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.注
3、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(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，故入射角适当大些，以减小测量的相对误差【关键能力分层突破】考点一教材原型实验例1 2022北京高三模拟小
4、张同学利用“插针法”测定玻璃的折射率(1)小张将玻璃砖从盒子拿出放到白纸上，图示操作较为规范与合理的是_(2)小张发现玻璃砖上下表面不一样，一面是光滑的，一面是磨砂的，小张要将玻璃砖选择_(填“磨砂的面”或“光滑的面”)与白纸接触的放置方法进行实验较为合理(3)小张正确操作插好了4枚大头针，如图所示，请帮助小张画出正确的光路图然后进行测量和计算，得出该玻璃砖的折射率n_(保留3位有效数字)【跟进训练】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_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
5、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)考点二拓展创新型实验例2 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，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
6、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)【跟进训练】2.如图所示，半圆形玻璃砖按图中实线位置放置，直边与BD重合一束激光沿着半圆形玻璃砖的半径从圆弧面垂直于BD射到圆心O上，使玻璃砖绕O点逆时针缓慢地转过角度(90)，观察到折射光斑和反射光斑在弧形屏上移动(1)在玻璃砖转动过程中，以下说法正确的是_(填选项前的字母)A折射光斑在弧形屏上沿CFB方向移动B
7、折射光斑的亮度逐渐变暗C折射角一定小于反射角D反射光线转过的角度为(2)当玻璃砖转至45时，恰好看不到折射光线则此玻璃砖的折射率n_32021临沂模拟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(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
8、i和折射角r，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_(选填“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像，由图像可知该玻璃的折射率n_实验十测量玻璃的折射率关键能力分层突破例1解析：(1)玻璃砖的光学面不能用手直接接触，接触面的污渍会影响接触面的平整，进而影响折射率的测定，B正确；(2)为了不影响观察实验，应使得磨砂面接触纸面；(3)光路图如图所示：设方格纸上小正方形的边长为1，光线的入射角
9、为1，折射角为2，则sin 15.65.62+420.814，sin 2222+3.520.496，所以该玻璃砖的折射率nsin1sin20.8140.4961.64答案：(1)B(2)磨砂的面(3)见解析图1.641解析：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，入射角一定大于折射角，且穿出玻
10、璃砖的光线与入射光线平行，故D正确(3)由折射率的定义式可知，nsinAOCsinBODACAOBDBOACBD.答案：(1)AD(2)D(3)ACBD例2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：1.22.51082解析：(1)作出光路图可知，折射光斑在弧形屏上沿CD方向移动，A错误；随着入射角增大，反射光增强，而折射光减弱，故折射光斑的亮度逐渐变暗，B正确；根据折射定律可知，光从光密介质射向光疏介质时，折射角一定大于入射角，而反射角等于入射角，则折射角一定大于反射角，C错误
11、；根据反射定律和几何知识知，玻璃砖转过角，则反射光线转过2角，D错误(2)当玻璃砖转至45时，恰好看不到折射光线，即发生了全反射，则临界角C45，由临界角公式sin C1n得出折射率n2.答案：(1)B(2)23解析：(1)(2)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(3)由折射定律可得nsinisinr.(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(5)图像的斜率ksinisinrn，由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5.答案：(1)(2)见解析图(3)sinisinr(4)小一些(5)1.5
