2025版高考物理全程一輪復習第十五章光實驗二十測量玻璃的折射率學案VIP

實驗二十測量玻璃的折射率1.掌握測量折射率的原理及方法．2．會用插針法測量玻璃的折射率．一、實驗思路與操作裝置圖和思路操作要領思路：用插針法找出與入射光線AO對應的出射光線O′D，確定出O′點，畫出折射光線OO′，然后測量出角θ1和θ2，根據n＝sinθ(1)鋪白紙、畫線①如圖所示，將白紙用圖釘按在繪圖板上，先在白紙上畫出一條直線aa′作為界面，過aa′上的一點O畫出界面的法線NN′，并畫一條線段AO作為入射光線；②把平行玻璃磚平放在白紙上，使它的長邊跟aa′對齊，畫出玻璃磚的另一條長邊bb′.(2)插針與測量①在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調整視線的方向，直到P1的像被P2擋住，再在觀察的這一側依次插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P1、P2的像及P3，記下P3、P4的位置；②移去玻璃磚連接P3、P4，并延長交bb′于O′，連接OO′即為折射光線，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′；③用量角器測量出入射角和折射角，查出它們的正弦值；④改變入射角θ1，重復實驗，記錄相關測量數據．二、數據處理1．計算法用量角器測量出入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角的sinθ2．作sinθ1-sinθ2圖像改變不同的入射角θ1，測量出不同的折射角θ2，作sinθ1-sinθ2圖像，由n＝sinθ1sinθ2注意事項(1)實驗時，應盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P3和P4之間、P2與O、P3與O′之間距離要稍大一些．(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太?。?3)操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學面，更不能把玻璃磚界面當作尺子畫界線．(4)實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變．(5)玻璃磚應選用寬度較大的，宜在5cm以上，若寬度太小，則測量誤差較大．誤差分析(1)入射光線、出射光線確定的準確性造成誤差，故入射側、出射側所插兩枚大頭針間距應大一些．(2)入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角適當大些，以減小測量的相對誤差．考點一教材原型實驗例1[2023·海南卷]如圖所示，在用激光測玻璃磚折射率的實驗中，玻璃磚與光屏P平行放置，從另一側用激光筆以一定角度照射，此時在光屏上的S1處有激光點，移走玻璃磚，光點移到S2處，(1)請在圖中畫出激光束經玻璃磚折射后完整的光路圖；(2)已經測出AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，則折射率n＝________(用l1、l2、l3表示)；(3)若改用寬度比ab更小的玻璃磚做實驗，則S1S2間的距離會________(填“變大”“變小”或“不變”)．例2[2024·云南大理校聯考模擬預測]同學們用“插針法”測玻璃的折射率，如圖甲所示．(1)下列說法正確的是______．A．實驗中，可以將玻璃磚界面當尺子畫界線B．為了減小作圖誤差，大頭針P1、P2和P3、P4之間的距離應適當大些C．測梯形玻璃磚、三角形玻璃磚和半圓形玻璃磚的折射率均可用“插針法”D．若光線的入射角θ1較大，有可能在bb′面發(fā)生全反射，所以在bb′一側就看不到P1、P2的像(2)一位同學為了避免筆尖觸劃玻璃磚的折射面，畫出的bb′比實際向外側平移了一些(如圖乙所示)，其他操作均正確無誤，并仍以aa′和bb′為折射面畫出了光路圖，這樣測出的折射率將______(填“偏大”“偏小”或“不變”)．(3)一位同學手頭有圓規(guī)和刻度尺但沒有量角器，在完成了光路圖以后，以O點為圓心，OA為半徑畫圓，交OO′延長線于C點，過A點和C點作垂直法線的直線，與法線的交點分別為B點和D點，如圖丙所示．用刻度尺測得AB的長度為x1，CD的長度為x2，則玻璃磚的折射率n＝________(用測量的字母表示)．例3[2024·安徽蕪湖統(tǒng)考二模]在“測定玻璃的折射率”的實驗中，在白紙上放好平行玻璃磚，a和a′分別是玻璃磚與空氣的兩個界面，如圖(a)所示．在玻璃磚的一側插上兩枚大頭針P1和P2，然后在另一側透過玻璃磚觀察，并插上大頭針P3，使其擋住P2、P1的像；接著插上大頭針P4，使其擋住P3、P2和P1的像，用“·”表示大頭針的位置，這樣大頭針P1、P2就確定了射入玻璃磚的光線．(1)根據以上信息，請在圖(a)中畫出光路圖．(2)正確做出光路圖后，測量a分界面上的入射角i和折射角r.多次改變入射角，測得多組入射角和折射角，根據測得的入射角和折射角的正弦值，畫出了如圖(b)所示的圖像，由圖像可知該玻璃的折射率n＝________(保留兩位有效數字)．(3)如圖(c)所示，在實驗過程中畫出界面a后，不小心將玻璃磚向上平移了一些，導致界面a′畫到圖中虛線位置，而在作光路圖時界面a仍為開始所畫的，則所測得的折射率將________(填“偏大”“偏小”或“不變”)．考點二探索創(chuàng)新實驗例4[2023·廣東卷]某同學用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率，實驗過程如下：(1)將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上，用大頭針在白紙上標記玻璃磚的邊界．(2)①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的M點水平入射，到達ef面上的O點后反射到N點射出．用大頭針在白紙上標記O點、M點和激光筆出光孔Q的位置．②移走玻璃磚，在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路，作QM連線的延長線與ef面的邊界交于P點，如圖(a)所示．③用刻度尺測量PM和OM的長度d1和d2.PM的示數如圖(b)所示，則d1為________cm，測得d2為3.40cm.(3)利用所測量的物理量，寫出玻璃磚折射率的表達式n＝________；由測得的數據可得折射率n為________(結果保留3位有效數字)．(4)相對誤差的計算式為δ＝測量值?真實值真實值×100%.為了減小d1、d2例5[2024·河南平頂山市模擬]實驗室有一塊長方體透明介質，截面如圖中ABCD所示．AB的長度為l1，AD的長度為l2，且AB和AD邊透光，而BC和CD邊不透光，且射到這兩個邊的光線均被全部吸收．現讓一平行光束以入射角θ1射到AB面上，經折射后AD面上有光線射出，甲、乙兩同學分別用不同方法測量該長方體介質的折射率．(1)甲同學的做法是：保持射到AB面上光線的入射角不變，用遮光板由A點沿AB緩慢推進，遮光板前端推到P時，AD面上恰好無光線射出，測得AP的長度為l3，則長方體介質的折射率可表示為n＝________；(2)乙同學的做法是：緩慢調節(jié)射到AB上光線的入射角，使AD面恰好無光線射出，測得此時射到AB面上光線的入射角為θ2，則長方體介質的折射率可表示為n＝________；(3)θ1和θ2的關系為：θ1________θ2(填“<”“>”或“＝”)．實驗二十測量玻璃的折射率關鍵能力·分層突破例1解析：(1)光線穿過平行玻璃磚的出射光線和入射光線平行，過S1作BS2的平行線，交ad于C點，連接OC，光路圖如答圖所示．(2)根據幾何關系可知，入射角的正弦值sini＝l1l12+l22，折射角的正弦值sinr＝l1?l3l1?l答案：(1)如圖所示2l例2解析：(1)實驗中，不能將玻璃磚界面當尺子畫界線，故A錯誤；大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當大些時，引起的角度誤差會減小，故B正確；只要操作正確，任何形狀的玻璃磚均可用“插針法”測量折射率，故C正確；由幾何知識可知，光線在上表面的折射角等于在下表面的入射角，根據光路可逆原理可知，光線一定會從下表面射出，折射光線不會在玻璃磚的下表面發(fā)生全反射，故D錯誤．(2)如圖所示作圖得到的光路圖和實際光路圖相比，入射角沒有變化，折射角的測量值偏大，由n＝sini(3)由幾何關系可知sini＝ABOA＝x1R，sinr＝則玻璃磚的折射率為n＝sinisin答案：(1)BC(2)偏小(3)x例3解析：(1)畫出的光路圖如圖所示(2)根據折射定律n＝sinisinr，所以sinr＝根據圖像得1n＝0.40.6，解得(3)如圖(c)所示，在實驗過程中畫出界面a后，不小心將玻璃磚向上平移了一些，導致界面a′畫到圖中虛線位置，而在作光路圖時界面a仍為開始所畫的，入射角i不變，導致折射角r偏小，則所測得的折射率將偏大．答案：(1)見解析(2)1.5(3)偏大例4解析：(2)③毫米刻度尺的分度值為1cm10＝0.1cm，因此讀數需要向后估讀一位，故d1＝2.25cm.(3)根據題意作出法線、入射角θ1、折射角θ2sinθ1=Mfd1(4)為減小d1和d2測量的相對誤差，可以增大d1和d2，因此激光在M點入射時應盡量使入射角小一些．答案：(2)③2.25(2.24～2.26均可)(3)d2例5解析：(1)設折射角為r1，如圖所示．在△APD中，由幾何關系得sinr1＝l3l22+l32，光在(2)射到AB面上的光線的入射角為θ2時，在AD面上發(fā)生全反射，說明在AD面上的入射角等于臨界