2027年高考物理一轮复习学案练习含答案14-第十四章 光学 03-实验14 测量玻璃的折射率（教用）

这是一份2027年高考物理一轮复习学案练习含答案14-第十四章 光学 03-实验14 测量玻璃的折射率（教用），共16页。试卷主要包含了教材原型实验，创新拓展实验等内容，欢迎下载使用。
探究点一 教材原型实验
一、实验目的
1.测量玻璃的折射率。
2.学会用插针法确定光路。
二、实验器材
白纸，图钉，大头针，长方形玻璃砖，直尺，铅笔，_ _ _ _ _ _ ，木板。
【答案】量角器
三、实验原理
如图所示，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′，然后测量出入射角i和折射角r的度数，根据n=sinisinr计算出玻璃的折射率。
四、实验过程
1．如实验原理图所示，将白纸用图钉按在木板上，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_ _ _ _ 光线。
【答案】入射
2.把长方形玻璃砖平放在白纸上，使它的一条长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb′。
3．在线段AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2，调整视线的方向，直到P1被_ _ _ _ _ _ 挡住。再在眼睛这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ，P4挡住_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
【答案】P2； P1、P2； P3及P1、P2
4．移去大头针和玻璃砖，过P3、P4的插点画直线O′B，与bb′交于O′，_ _ _ _ _ _ 就代表了沿AO方向入射的光线透过玻璃砖后的传播方向。连接OO′，入射角i=∠AON，折射角r=∠O′ON′。
【答案】O′B
5.用量角器量出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入自己设计的表格中。
6.改变入射角，重复上述操作。
五、实验数据处理
1.计算法
根据n=sinisinr求得每次测得的折射率，然后求出平均值。
2.图像法
以sini值为横坐标、sinr值为纵坐标建立直角坐标系，如图所示。图线斜率为k，则k=1n，故玻璃的折射率n=1k。
3.用单位圆处理数据
在找到入射光线和折射光线以后，可以以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO、OO′（或OO′的延长线）交于C点和D点，过C、D两点分别向法线NN′作垂线，交NN′于C′、D′点，如图所示，用直尺量出CC′和DD′的长度。
因sini=CC′OC，sinr=DD′OD，而OC=OD=R，所以玻璃的折射率n=sinisinr=CC′DD′。
用同样的方法再多测几组数据，求出n值，然后求平均值即玻璃的折射率。
六、误差分析
1.入射光线、出射光线确定的准确性造成误差。
2.入射角和折射角的测量存在误差。
3.作图时，玻璃砖的宽度绘制有误差，或所画的两边界线不平行等出现误差。
七、注意事项
1.入射角i不要太小，如果i太小，r会更小，用量角器测量角度时，相对误差较大。
2.在入射光线上插的大头针或确定O′B时插的大头针都要竖直。P1与P2及P3与P4的距离要适当大一些。
3.确定O′B过程中不要再碰玻璃砖，以免改变入射角和折射角，使测量结果出现错误。
4.玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。
例1 （2024·安徽卷·11，6分）某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。
（1） 为测量玻璃的折射率，按图甲所示进行实验，以下表述正确的一项是_ _ _ _ 。（选填正确答案标号）
A. 用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a′
B. 在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2
C. 实验时入射角θ1应尽量小一些，以减小实验误差
（2） 为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示。此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关，频率大，折射率_ _ _ _ （选填“大”或“小”）。
（3） 为探究折射率与介质材料的关系，用同一束激光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1，测得折射角分别为α2、α3(α2 ”或“< ”）。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。
【答案】（1） B
（2） 大
（3） >
【解析】
（1） 在白纸上画出一条直线a作为界面，把长方体玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与a对齐，用直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线a′代表玻璃砖的另一边，而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a′，A错误；B选项表述正确；为了减小实验误差，实验时应使入射角θ1尽量大一些，C错误。
（2） 由题图乙可知，入射角相同时，绿光的折射角小于红光的折射角，根据光的折射定律n=sinθ1sinθ2，可知绿光的折射率大于红光的折射率，又因为绿光的频率大于红光的频率，所以频率大，折射率大。
（3） 根据折射定律可知，玻璃的折射率为n玻璃=sinα1sinα2，该介质的折射率为n介质=sinα1sinα3，其中α2n介质。
例2 （2025·山西吕梁模拟）某同学用插针法测量长方形玻璃砖的折射率，进行了如下操作：用图钉把白纸固定在木板上；在白纸上画一条直线a，并在直线a上方插上P1、P2两枚大头针；在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线a对齐，并画出另一条长边的对齐线a′；眼睛在a′一侧透过玻璃砖观察P1、P2两枚大头针并调整视线方向，使P1被P2挡住，然后在眼睛所在一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2，再插上P4，使P4挡住P1、P2和P3；移去玻璃砖，拔去大头针。
（1） 大头针P1、P2、P3、P4的位置如图甲所示，请在图甲中画出光路图。
（2） 实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2，并作出了 sinθ1−sinθ2图像如图乙所示，则实验时，所选测量位置的光线是由_ _ _ _ （选填“空气”或“玻璃”）射入_ _ _ _ （选填“空气”或“玻璃”）；该玻璃的折射率为_ _ _ _ 。
（3） 若该同学画出直线a后，放玻璃砖时稍微向上了一些，但玻璃砖长边仍然和a平行，导致直线a′画到如图丙所示的虚线位置，而在作光路图时直线a仍为开始所画的，则所测得的折射率与真实值相比将_ _ _ _ （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
【答案】（1） 图见解析
（2） 玻璃；空气；1.5
（3） 偏大
【解析】
（1） 根据题意，画出的光路图如图所示。
（2） 由图像可知 sinθ1