实验十七　测量玻璃的折射率 课件 2027届高考物理一轮复习

这是一份实验十七　测量玻璃的折射率 课件 2027届高考物理一轮复习，共60页。PPT课件主要包含了实验知识储备，考点1教材原型实验，考点2拓展创新实验，图见解析，见解析，随堂达标检测，P1和P2，不需要，全反射，x1-x2等内容，欢迎下载使用。
课程标准　1.掌握测量玻璃折射率的原理及方法。 2.学会用插针法确定光路,并会测量玻璃的折射率。
2.实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺(刻度尺)、铅笔。3.实验步骤(1)用图钉把白纸固定在木板上。(2)在白纸上画一条直线aa',并取aa'上的一点O为入射点,作过O点的法线MM'。(3)画出线段AO作为入射光线,并在AO上插上P1、P2两个大头针。(4)在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的一条长边与直线aa'对齐,并画出另一条长边的对齐线bb'。
(5)眼睛在bb'的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向,使P1被P2挡住,然后在眼睛这一侧插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上P4,使P4挡住P1、P2的像和P3。(6)移去玻璃砖,拔去大头针,由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O'B及出射点O',连接O、O'得到线段OO'。(7)用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。(8)改变入射角,重复实验。
5.误差分析本实验误差主要来源于确定入射光线、出射光线时的准确性以及入射角和折射角的测量造成的偶然误差。6.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之间、P3与O'之间距离要稍大一些。(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。(3)操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,也不能把玻璃砖界面当尺子画线。
(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。
某小组做测量玻璃的折射率实验,所用器材有:玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸。(1)下列措施能够提高实验的准确程度的是　　　。 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四个大头针扎下的针孔如图所示,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,如图甲所示,则玻璃的折射率n=　　　　(用图中线段的字母表示)。 
(4)在用插针法测量玻璃的折射率的实验中,甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置(图中阴影)的关系分别如图乙中①②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。甲同学测得的折射率与真实值相比　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”);乙同学测得的折射率与真实值相比　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 
[解析]　(1)为了使作图误差更小,应选用两光学表面间距大的玻璃砖,A正确;根据折射定律可知,如果两个光学面不平行,不影响入射角与折射角的值,所以对折射率的测定结果不产生影响,B错误;为了准确测量光路图,应选用较细的大头针来完成实验,若选用粗的大头针完成实验,容易出现观察误差,从而造成测量误差变大,C错误;插在玻璃砖同侧的两枚大头针之间的距离应适当大些,引起的角度误差会减小,D正确。(2)由题可知,选用的玻璃砖两光学表面平行,则入射光线应与出射光线平行,B、C错误;又光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角,A错误,D正确。
　(2024·湖北卷)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率,具体步骤如下:①平铺白纸,用铅笔画两条互相垂直的直线AA'和BB',交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA',并使其圆心位于O点,画出玻璃砖的半圆弧轮廓线,如图(a)所示。
②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖,记录折射光线与半圆弧的交点M。③拿走玻璃砖,标记CO光线与半圆弧的交点P。④分别过M、P作BB'的垂线MM'、PP',M'、P'是垂足,并用米尺分别测量MM'、PP'的长度x和y。
⑤改变入射角,重复步骤②③④,得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y-x图像,如图(b)所示。(1)关于该实验,下列说法正确的是　　　。 A.入射角越小,误差越小B.激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差C.选择圆心O点作为入射点,是因为此处的折射现象最明显
(2)根据y-x图像,可得玻璃砖的折射率为　　 　(保留三位有效数字)。 (3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径,则折射率的测量结果　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 
1.58(1.56~1.60均可)
(2025·福建卷)(1)为测糖水的折射率与浓度的关系,设计如下实验:某次射入激光,测得数据如图甲所示,则糖水的折射率为 　　　　 　。 
将30%的数据在图乙中描点后并连线,求得糖水浓度每增加10%,折射率的增加值为_______(保留两位有效数字)。 
(2)改变糖水浓度,记录数据如表
(2026·福建福州模拟)某探究小组要测量一横截面为半圆形透明玻璃砖的折射率,准备的器材有玻璃砖、激光笔、刻度尺和白纸。如图所示是该小组设计的实验方案示意图,下面是该小组的探究步骤:①用刻度尺测量玻璃砖的直径d;②把白纸固定在水平桌面上,在白纸上建立直角坐标系xOy,将玻璃砖放在白纸上,使其底面圆心和直径分别与O点和x轴重合,再将刻度尺紧靠玻璃砖并垂直于x轴放置;
③打开激光笔开关,让激光笔发出的激光束始终指向圆心O射向玻璃砖,从y轴开始在xOy平面内缓慢移动激光笔,在某一位置时,刻度尺上出现两个清晰的光点,通过刻度尺读取两光点与x轴的距离分别为L1、L2(L1>L2)。请回答下列问题:(1)甲同学利用步骤③测得数据计算该玻璃砖的折射率为　　 　(用测得的d、L1、L2表示)。 
(2)乙同学在步骤③后继续改变激光笔的位置,直到刻度尺上恰好只有一个光点,读取该光点与x轴的距离为L3,计算该玻璃砖的折射率为　　　 (用测得的d、L3表示)。 (3)比较甲、乙两同学测量折射率的方案,　　　　(选填“甲”或“乙”)同学的测量误差更小,理由是______________________________________________________________________________________。 
(4)在操作步骤②中,刻度尺没有与x轴严格垂直,而是逆时针偏离垂直x轴位置,则甲同学测得的折射率较真实值是　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 
(3)比较甲、乙两同学测量折射率的方案,甲同学的测量误差更小,乙同学方案中“恰好只有一个光斑”的状态确定不够准确。(4)刻度尺逆时针偏离垂直x轴位置,则L1偏大,L2偏小,结合上述可知,测量结果偏大。
1.(2025·海南卷)测量某半圆形玻璃砖的折射率,操作步骤如下:
Ⅰ.在白纸上画一条直线,半圆形玻璃砖放白纸上,玻璃砖直径与直线重合,描出直径两端点A和B,取走玻璃砖,用刻度尺求圆心O点,过O点作AB垂线CO,放回玻璃砖,将光屏垂直AB贴近玻璃砖A点放置。Ⅱ.沿玻璃砖由C向B缓慢移动激光笔,使得入射光线平行纸面且始终沿着半径方向射向圆心O,从玻璃砖射出的激光在AB下方的光屏上恰好消失,记下激光入射点D,取走玻璃砖,过D点作CO的垂线DE。
(1)步骤Ⅱ中,当激光从D点入射到O点在AB面下方光屏上恰好消失时是光的　　　　。 A.色散现象　　B.衍射现象　　C.全反射现象(2)用刻度尺测得OB=4.00 cm,DE=2.50 cm,则玻璃砖的折射率n=　　　　。 
2.(2024·浙江6月卷)如图所示,用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖(侧面分别记为A和B、顶角大小为θ)的折射率。(1)在白纸上画一条直线ab,并画出其垂线cd,交于O点。(2)将侧面A沿ab放置,并确定侧面B的位置ef。(3)在cd上竖直插上大头针P1和P2,从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2,插上大头针P3,要求P3能挡住　　 　　(选填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虚像。 
(4)确定出射光线的位置　　 　　(选填“需要”或“不需要”)第四枚大头针。 (5)撤去玻璃砖和大头针,测得出射光线与直线ef的夹角为α,则玻璃砖折射率n=　　　 　　。 
④以圆心O为轴,缓慢逆时针转动玻璃砖,同时调整视线方向,直到从AB下方恰好看不到P2和P1的像,然后沿半圆柱玻璃砖直径画一条直线AB,并作出光路图,如图所示。(1)看不到P2和P1的像是因为发生了　　　　　。 (2)只使用毫米刻度尺,还需要测量　　　(选填“OD”或“CD”)的长度,记作l。 (3)玻璃砖的折射率的表达式n=　　　。 
4.(2026·山西朔州模拟)如图所示,某同学用一个烧杯和一把刻度尺测定水的折射率,请填写下述实验步骤中的空白。(1)用刻度尺(可以视为线状物)测出烧杯杯口内径d(图中OC的距离)。(2)将刻度尺沿烧杯杯口边缘竖直插入烧杯中,刻度尺的零刻度(A点)与烧杯底部接触,刻度尺在烧杯杯口位置(C点)的刻度值为x1。
(3)从某一方向通过杯口O点看,恰好可以直接看到刻度尺上的B点刻度值x2,接下来往烧杯内注满水,在相同位置相同方向观察,恰好能看到刻度尺的A点。 (4)在烧杯内注满水后,眼睛恰好能看到刻度尺的A点时,该同学同时还可以通过水面反射光线看到刻度尺上的刻度值为　　　　　。 (5)根据以上测量和观察结果,可以计算出水的折射率n=　　　　　　。 
5.(2026·广东河源开学考)某实验小组欲测定一段圆柱形玻璃砖的折射率,其操作步骤如下:a.将白纸固定在水平桌面上,将圆柱形玻璃砖竖直放在白纸上,用铅笔准确描出玻璃砖底面圆的轮廓。b.将底面圆的圆周平分为60等份,并标上相应的数字,如图甲所示,再将玻璃砖竖直放回图甲中的底面圆轮廓上进行实验。c.用激光笔发出细束激光,沿平行于圆直径OO'的方向入射,分别准确记录入射点P和出射点Q在圆周上对应的读数N1、N2。d.改变入射点位置,重复步骤c。
(1)根据圆周上的读数N1、N2可得,入射角i=　 　　,折射角γ=　　　　　 　　　　。(均以弧度制表示) (2)若经过多次测量,作出sin i-sin γ的图像如图乙所示,则玻璃砖的折射率为n=　　　(结果保留三位有效数字)。 (3)在本实验的操作过程中,若入射光线发生了如图甲中虚线AB所示的偏离,则折射率的测量值将　　　(选填“偏大”或“偏小”)。 
6.(2024·安徽卷)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,按如图甲所示进行实验,以下表述正确的一项是　　　。 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O2C.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”)。 
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',故A错误;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,故B正确;实验时入射角θ1应尽量大一些,但也不能太大(接近90°),以减小实验误差,故C错误。
7.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)在图甲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,请在图甲中的AB分界面上画出这两个角,分别用i和r表示。(3)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”)。 (4)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=　　　。