2026届高考物理一轮复习模型解读与针对性训练实验21测量玻璃折射率(原卷版+解析)

这是一份2026届高考物理一轮复习模型解读与针对性训练实验21测量玻璃折射率(原卷版+解析)，共9页。
【实验解读】
一、教材实验解读
二、拓展创新实验
高考启示
高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景。因此，要在夯实教材实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。
器材创新：
长方体玻璃砖改为梯形玻璃砖、三棱柱玻璃砖、半圆形玻璃砖等。
【高考典例】
【典例1】（2025高考海南卷）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，描出直径两端点和，取走玻璃砖，用刻度尺求圆心点，过点作垂线，放回玻璃砖，将光屏垂直贴近玻璃砖点放置。
II．沿玻璃砖由向缓慢移动激光笔，使得入射光线平行纸面且始终沿着半径方向射向圆心，从玻璃砖射出的激光在下方的光屏上恰好消失，记下激光入射点，取走玻璃砖，过点作的垂线。
(1)步骤II中，当激光从点入射到点在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、，则玻璃砖的折射率 。
【答案】(1)C (2)1.6
【解析】（1）当激光从点入射到点在面下方光屏上恰好消失时，此时光线在AB面发生全反射，故是光的全反射现象。故选C。
（2）根据前面分析可知此时入射角等于临界角，即，故可得
根据
可得玻璃砖的折射率。
【典例2】．（2025高考福建卷）（6分）(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，则糖水的折射率为 。
(2)改变糖水浓度，记录数据如表
将30%的数据绘图，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）。
【答案】(1) （3分）
(2) （3分）
【解析】（1）设入射角为，折射角为，根据几何关系有，
根据折射定律
可得糖水的折射率为
（2）根据题中数据作图
故可得糖水浓度每增加10%，折射率的增加值为
【典例3】(2024·安徽卷，11)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 (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，用同一束微光分别射入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“
解析 (1)在白纸上画出一条直线a作为界面，把玻璃砖放在白纸上，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应适量大一些，但也不能太大(接近90°)，以减小实验误差，故C错误。
(2)由题图乙可知，入射角相同，绿光的折射角小于红光的折射角，根据折射定律n＝sin θ1sin θ2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＝sin α1sin α2，该介质的折射率为n介质＝sin α1sin α3，其中α2n介质。
【典例4】 (2024·湖北卷，11)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 (单选，填标号)。
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3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”)。
答案 (1)B (2)1.58 (3)不变
解析 (1)在本实验中，为了减小测量误差，入射角应适当大些，因为入射角越大，折射角也越大，则入射角和折射角的测量误差都会减小，从而使折射率测量的误差减小，A错误;与插针法测量相比，激光的平行度良好，能更准确地确定入射光线和折射光线，从而更有利于减小实验误差，B正确;选择圆心O点作为入射点，是因为便于计算，并不是因为此处的折射现象最明显，C错误。
(2)设入射角为α、折射角为β、半圆弧轮廓线半径(玻璃砖半径)为R，则由几何关系可知sin α＝yR、sin β＝xR，根据折射定律可得玻璃砖的折射率n＝sinαsinβ＝yx，结合题图(b)可知y－x图像的斜率为该玻璃砖的折射率，故该玻璃砖的折射率n＝4528.5＝1.58。
(3)由(2)问分析可知折射率的表达式中没有半圆弧轮廓线半径R，所以轮廓线半径的测量误差对实验结果没有影响，即折射率的测量结果不变。
【典例5】. （2024年6月浙江省物理选考）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）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上坚直插上大头针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=____________________。
【答案】 ①. P1和P2 ②. 不需要 ③.
【解析】
③[1]要求P1和P2在一条光线上，该光线透过玻璃砖后过P3，故P3要能挡住P1和P2的虚像；
④[2]cd与ab垂直，则过P1和P2的光线与ab垂直，光垂直入射时传播方向不变，可确定ef边上的入射点，此时只需要找到折射光线上的一点即可确定出射光线，不需要插第四枚大头针；
⑤[3]根据几何关系可知入射角为，折射角为，故

【典例6】 （2024高考湖北卷）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和，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴，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、，、是垂足，并用米尺分别测量、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。根据这些数据作出图像，如图（b）所示。
（1）关于该实验，下列说法正确的是_____（单选，填标号）。
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_____（填“偏大”“偏小”或“不变”）。
【答案】（1）B （2）1.57
（3）不变
【解析】
（1）A．入射角适当即可，不能太小，入射角太小，导致折射角太小，测量的误差会变大，故A错误；
B．激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差，故B正确；
C．相同的材料在各点的折射效果都一样，故C错误。
故选B。
（2）设半圆柱体玻璃砖的半径为，根据几何关系可得入射角的正弦值为
折射角的正弦值为
折射率
可知图像斜率大小等于折射率，即
（3）根据（2）中数据处理方法可知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不变。
【针对性训练】
1. (2025·河北承德市开学考)如图甲所示，某同学通过实验测定半径为R的半圆柱形玻璃砖的折射率n，实验步骤如下:
a.把玻璃砖放到白纸上，使其直径与AB边重合，圆心与O点重合
b.取走玻璃砖，画出入射光线和出射光线延长线的交点与圆心O的连线
c.在水平放置的木板上铺一张白纸，用图钉固定
d.计算每次入射角和折射角的正弦值，建立直角坐标系，作出sin i－sin r的关系图线，如图乙所示
e.用激光沿平行于OC方向射向直径面上的D点，用插针法确定出射光线通过直线OC上的F点
f.改变激光入射点D的位置，重复实验
g.用刻度尺和铅笔画一条直线AB，再在合适的位置作AB的垂线OC，相交于O点
(1)实验步骤的正确顺序为 。
(2)该半圆柱形玻璃砖的折射率n＝ 。
(3)O、D两点之间的距离L与半径R的比值LR＝ 时，恰好没有光线从球面射出。
答案 (1)c、g、a、e、f、b、d (2)1.5 (3)23
解析 (1)该实验的合理顺序为c、g、a、e、f、b、d。
(2)根据折射定律有n＝sinrsini，结合题图乙可得
n＝0.750.5＝1.5。
(3)发生全反射的临界条件为sin C＝1n＝23，结合几何知识可得LR＝sin C＝23。
2 .(2024·安徽亳州模拟)在“测量玻璃的折射率”实验中:
(1)如图甲，用插针法测量玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是 。
A.若不小心用手触摸了光学表面，不会影响测量
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的距离应适当取大些
D.bb'界面一定要与aa'平行，否则会有误差
(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度 (填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。
(3)在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图像如图乙所示，从图像可知玻璃砖的折射率等于 。
(4)如图丙所示，在实验过程中画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面a'面到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，则所测得的折射率将 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案 (1)C (2)大 (3)1.5 (4)偏大
解析 (1)拿光学元器件时切忌用手触摸光学表面，以防脏污甚至腐蚀光学面造成永久的损坏而造成实验误差，故A错误;为减小测量误差，入射角应适当大一些，即P1、P2的连线与法线NN'的夹角应尽量大些，故B错误;为了减小作图误差，将出射光线确定得更准确些，P3和P4的距离应适当取大些，故C正确;测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关，故玻璃的两个光学面aa'、bb'不平行，对玻璃折射率的测定结果没有影响，故D错误。
(2)玻璃砖的宽度越大，出射光线的侧移越大，折射角的测量越准确，故为了减小误差应选用宽度大的玻璃砖来测量。
(3)根据折射率定义式有n＝sin θ1sin θ2
代入数据可得玻璃砖的折射率为n＝0.60.4＝1.5。
(4)在实验过程中，画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面a'画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，实际光线如图中的O'Q所示，而作图光线如OQ所示，导致折射角偏小，所测得的折射率偏大。
3 .某同学在利用“插针法”测量一块红色直角三角形玻璃砖的折射率时发现，由于玻璃的颜色较深，在另一侧很难观测到对侧所插的针，他想到可以用实验室的红色激光器来完成实验。如图所示，他在木板上固定好白纸，放好玻璃砖，正确作出了界面MN、MP、NP，然后让很细的激光平行于木板从玻璃砖的上界面MN入射。
(1)由于激光很强，不能用眼睛直接观测，该同学通过在木板上插入被激光照亮的针来确定激光光路，正确的插针顺序应是 。
A.P1、P2、P3、P4B.P4、P3、P2、P1
C.P1、P2、P4、P3D.P4、P3、P1、P2
(2)若P1P2与MN垂直，用量角器量得图中的θ1＝60°，θ2＝30°，则玻璃的折射率为 。
A.3B.33
C.233D.32
(3)若激光器正常发光，平行于MN从玻璃砖NP界面垂直射入玻璃砖，如图中虚线箭头所示。该同学发现在MP一侧始终找不到出射光线，则原因是
;
该同学在MP一侧没有找到出射光线，但在MN一侧找到了出射光线，他依然用被激光照亮的针确定了激光在MN一侧的出射光线和NP一侧的入射光线，则测量后他 计算出玻璃的折射率(填“能”或“不能”)。
答案 (1)B (2)A (3)激光在MP界面上发生了全反射 能
解析 (1)应该先插光路后面的针，否则光被挡住，后面的针无法确定位置，故正确的插针顺序应是P4、P3、P2、P1，故B正确。
(2)在MP界面上，由几何关系知光的入射角为i＝30°，折射角为r＝60°，则玻璃的折射率为n＝sinrsini＝sin60°sin30°＝3，故A正确。
(3)入射光线与MN平行，在MP一侧没有找到出射光线，说明光线在MP上发生了全反射，根据几何关系可以求出光线在MN面上的入射角，由插针法得出折射角，从而由折射率公式计算出折射率。
4.(2025·广东大亚湾区联考)某同学测量一半圆形透明玻璃砖的折射率，实验过程如下:
①用游标卡尺测量玻璃砖的直径d，确定其底面圆心位置并标记在玻璃砖上;
②将玻璃砖放在位于水平桌面并画有直角坐标系Oxy的白纸上，使其底面圆心和直径分别与O点和x轴重合，将一长直挡板紧靠玻璃砖并垂直于x轴放置，如图乙所示;
③用激光器发出激光从玻璃砖外壁始终指向O点水平射入，从y轴开始顺时针缓慢移动激光器，直至恰好没有激光从玻璃砖射出至挡板上y