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新教材适用2024版高考物理一轮总复习第13章光电磁波相对论实验18测量玻璃的折射率课件
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这是一份新教材适用2024版高考物理一轮总复习第13章光电磁波相对论实验18测量玻璃的折射率课件，共35页。PPT课件主要包含了实验知识·自主回顾，核心考点·重点突破，年高考·1年模拟，本实验的常见创新如下，5×108，小一些等内容，欢迎下载使用。
实验十八 测量玻璃的折射率
一、实验目的测量玻璃的折射率。二、实验原理
三、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、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°)。太大时反射光较强，出射光较弱；太小时入射角、折射角测量的相对误差较大。(3)操作时，手不能触摸玻璃砖的光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。(4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
4．数据处理的三种方法(1)单位圆法：以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′，如图所示。
例1 (2023·辽宁高三课时练习)某小组同学用插针法测定玻璃砖的折射率，实验装置如图甲所示。(1)关于实验操作，下列说法中正确的是___。A．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像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．若P1、P2的连线与法线NN′夹角较大时，有可能在bb′面发生全反射，所以在bb′一侧就看不到P1、P2的像
(2)甲、乙二位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图乙中①、②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。则甲同学测得的折射率与真实值相比______(填“偏大”“偏小”或“不变”)；乙同学测得的折射率与真实值相比______(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
[解析] (1)根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射，则即使P1、P2的距离较大，通过玻璃砖仍然可以看到P1、P2的像，故AD错误；为减小测量误差，入射角应适当大一些，则P1、P2的连线与法线NN′的夹角应适量大些，故B错误；为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些，故C正确。
(2)图①甲同学测定折射率时，作出的折射光线如图中虚线所示，实线表示实际光线，可见测得的折射角偏大，则由折射定律可知，甲同学测得的折射率与真实值相比将偏小。图②测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关，故乙同学测得的折射率与真实值相比不变。
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。如图所示，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点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距 离d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm。玻璃 的折射率n＝_________，光在玻璃中传播速度 v＝______________ m/s(光在真空中传播速度 c＝3.0×108 m/s，结果均保留两位有效数字)。
2．(2023·河南高三阶段检测)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)在图甲上补画出光路以及入射角i和折射角r；[答案] 见解析
(2)用所测物理量计算折射率的公式为n＝_____；(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，由图像可知该玻璃砖的折射率n＝_________。
[解析] (1)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．(2023·湖南高三月考)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：
(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、P4两位置哪一处所对应的折射率的值大？答：________________________________。(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率的值应为____。
P4处对应的折射率的值大
4．(2021·全国乙卷)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路，O和O′分别是入射点和出射点。如图(a)所示。测得玻璃砖厚度为h＝15.0 mm；A到过O点的法线OM的距离AM＝10.0 mm，M到玻璃砖的距离MO＝20.0 mm，O′到OM的距离为s＝5.0 mm。
(1)求玻璃砖的折射率；(2)用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图(b)所示。光从上表面入射，入射角从0逐渐增大，达到45°时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上、下表面的夹角。
实验十八 测量玻璃的折射率
一、实验目的测量玻璃的折射率。二、实验原理
三、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、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°)。太大时反射光较强，出射光较弱；太小时入射角、折射角测量的相对误差较大。(3)操作时，手不能触摸玻璃砖的光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。(4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
4．数据处理的三种方法(1)单位圆法：以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′，如图所示。
例1 (2023·辽宁高三课时练习)某小组同学用插针法测定玻璃砖的折射率，实验装置如图甲所示。(1)关于实验操作，下列说法中正确的是___。A．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像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．若P1、P2的连线与法线NN′夹角较大时，有可能在bb′面发生全反射，所以在bb′一侧就看不到P1、P2的像
(2)甲、乙二位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图乙中①、②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。则甲同学测得的折射率与真实值相比______(填“偏大”“偏小”或“不变”)；乙同学测得的折射率与真实值相比______(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
[解析] (1)根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射，则即使P1、P2的距离较大，通过玻璃砖仍然可以看到P1、P2的像，故AD错误；为减小测量误差，入射角应适当大一些，则P1、P2的连线与法线NN′的夹角应适量大些，故B错误；为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些，故C正确。
(2)图①甲同学测定折射率时，作出的折射光线如图中虚线所示，实线表示实际光线，可见测得的折射角偏大，则由折射定律可知，甲同学测得的折射率与真实值相比将偏小。图②测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关，故乙同学测得的折射率与真实值相比不变。
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。如图所示，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点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距 离d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm。玻璃 的折射率n＝_________，光在玻璃中传播速度 v＝______________ m/s(光在真空中传播速度 c＝3.0×108 m/s，结果均保留两位有效数字)。
2．(2023·河南高三阶段检测)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)在图甲上补画出光路以及入射角i和折射角r；[答案] 见解析
(2)用所测物理量计算折射率的公式为n＝_____；(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，由图像可知该玻璃砖的折射率n＝_________。
[解析] (1)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．(2023·湖南高三月考)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：
(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、P4两位置哪一处所对应的折射率的值大？答：________________________________。(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率的值应为____。
P4处对应的折射率的值大
4．(2021·全国乙卷)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路，O和O′分别是入射点和出射点。如图(a)所示。测得玻璃砖厚度为h＝15.0 mm；A到过O点的法线OM的距离AM＝10.0 mm，M到玻璃砖的距离MO＝20.0 mm，O′到OM的距离为s＝5.0 mm。
(1)求玻璃砖的折射率；(2)用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图(b)所示。光从上表面入射，入射角从0逐渐增大，达到45°时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上、下表面的夹角。
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