高考物理一轮复习讲义68　第十三章　实验探究课十七　测量玻璃的折射率

这是一份高考物理一轮复习讲义68　第十三章　实验探究课十七　测量玻璃的折射率，共6页。

教材原型实验
[典例1] (1)(多选)如图1所示，某同学在“测量玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′。O为直线AO与aa′的交点。在直线AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针。下面关于该实验的说法正确的是________。
A．插上大头针P3，使P3挡住P2、P1的像
B．插上大头针P4，使P4挡住P3和P2、P1的像
C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当大些
D．为减小测量误差，P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角应越大越好
E．若将该玻璃砖换为半圆形玻璃砖，仍可用此方法测量玻璃的折射率
(2)该同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，用圆规以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO′延长线于C点，过A点和C点作垂直于法线的直线分别交于B点和D点，如图2所示，若他测得AB＝7.5 cm，CD＝5 cm，则可求出玻璃的折射率n＝________。
(3)若该同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系如图3所示，他的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图。则该同学测得的折射率测量值________真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)。
[听课记录]



[典例2] (2024·广东河源市开学考试)某实验小组欲测量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．将底面的圆圆周平分为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＝________(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3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”)。
[听课记录]



拓展创新实验
[典例3] (2023·广东卷)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率。实验过程如下：
(1)将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。
(2)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射，到达ef面上的O点后反射到N点射出。用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位置。
②移走玻璃砖，在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作QM连线的延长线与ef面的边界交于P点，如图(a)所示。
③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2。PM的示数如图(b)所示，d1为________ cm。测得d2为3.40 cm。
(3)利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式n＝________；由测得的数据可得折射率n为________(结果保留3位有效数字)。
(4)相对误差的计算式为δ＝测量值-真实值真实值×100%。为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中激光在M点入射时应尽量使入射角________。
[听课记录]



本题的创新点体现在两方面：
(1)实验器材的创新：本实验用激光笔产生的光路，颜色纯、亮度大，误差更小。
(2)实验原理的创新：利用全反射确定O点位置，进而确定折射光线。
[典例4] 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，在一个圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF。在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针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，就可以直接读出液体折射率的值。
(1)(多选)在用此仪器测量液体的折射率时，下列说法正确的是________(填字母代号)；
A．大头针P3插在M位置时液体的折射率值大于插在N位置时液体的折射率值
B．大头针P3插在M位置时液体的折射率值小于插在N位置时液体的折射率值
C．可能有一种液体，在EK部分能观察到大头针P1、P2的像
D．可能有一种液体，在KC部分观察不到大头针P1、P2的像
(2)若∠AOF＝30°，OM与OC的夹角为30°，则M点对应的折射率为________。
[听课记录]



(1)本实验借用常规“插针法”确定入射角和折射角，根据折射定律求出折射率的大小。
(2)对于有些液体，可能发生全反射，在KC部分观察不到大头针P1、P2的像。
原理与器材
实验操作
注意事项
1．通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而画出折射光线OO′。
2．求出折射角θ2，再根据n＝sinθ1sinθ2计算出玻璃的折射率。
3．玻璃砖应该用厚度较大的。
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NN′。
3．画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针。
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的像被P2的像挡住，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P3和P1、P2的像。
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。
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。
数据
处理
1．计算法：算出不同入射角时的n＝sinθ1sinθ2，并取平均值n。
2．作sin θ1-sin θ2图像：由n＝sinθ1sinθ2可知图像应是过原点的直线，如图甲所示，其斜率为折射率n。
3．“单位圆”法：
如图乙所示，sin θ1＝EHOE，sin θ2＝E'H'OE'，OE＝OE′＝R，则n＝sinθ1sinθ2＝EHE'H'。
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，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。