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1、（江蘇專版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第59講 實驗十二 測定玻璃的折射率講義 考情剖析 考查內(nèi)容 考綱要求 考查年份 考查詳情 能力要求 實驗、探究：測 定玻璃的折射率 實驗儲備一、實驗?zāi)康? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．理解用插針法測定玻璃折射率的原理． 2．學(xué)會測定玻璃的折射率的實驗方法． 二、實驗器材 玻璃磚、白紙、木板、大頭針(四枚)、圖釘(四枚)、量角器、三角板(或直尺)、鉛筆． 三、實驗原理 用插針法確定光路，找出跟入射線相對應(yīng)的折射線；用量角器測出入射角i和折射角r；根據(jù)折射定律計算出玻璃的折射率

2、n＝. 四、實驗步驟 1．把白紙用圖釘釘在木板上； 2．在白紙上畫一條直線aa′作為界面，畫一條線段AO作為入射光線，并過O點畫出界面aa′的法線NN′，如圖所示； 3．把長方形的玻璃磚放在白紙上，使它的一個邊跟aa′對齊，并畫出玻璃磚的另一個邊bb′； 4．在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1和P2； 5．在玻璃磚的bb′一側(cè)豎直地插上大頭針P3，用眼睛觀察，調(diào)整視線，要使P3能同時擋住P1和P2的像； 6．同樣地在玻璃磚的bb′一側(cè)再豎直地插上大頭針P4，使P4能擋住P3本身和P1和P2的像； 7．記下P3和P4的位置，移去玻璃磚和大頭針，過P3和P4作直線O′B與bb

3、′交于O′，連接OO′，OO′就是玻璃磚內(nèi)的折射光線，入射角i＝∠NOA，折射角r＝∠O′ON′； 8．用量角器量出入射角和折射角的度數(shù)； 9．從三角函數(shù)表中查出入射角和折射角的正弦值，記入自己設(shè)計的表格里； 10．用上面的方法分別求出入射角是30°、45°、60°時的折射角，查出入射角i＝∠NOA和折射角r＝∠O′ON′的正弦值； 11．算出不同入射角時的值比較一下，看它們是否接近一個常數(shù)，求出幾次實驗中所測的平均值，這就是玻璃磚的折射率． 五、數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理的另一種方法：如圖所示，以O(shè)1為圓心以任意長為半徑(半徑要盡可能長些約10 cm)畫圓交入射光線AO1于M點、交折

4、射光線O1O于P點，過M、P作NN′的垂線MK、PQ，則n＝，據(jù)此可知，用刻度尺測出MK、QP的長度，即可求出折射率n. 六、誤差分析 誤差的主要來源： 1．確定入射光線、出射光線時的誤差．故入射側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針間距離宜大點． 2．測量入射角與折射角時的誤差．故入射角不宜過小，但入射角也不宜過大，過大則反射光較強(qiáng)，出射光較弱． 七、注意事項 1．玻璃磚要厚，用手拿玻璃磚時，只能接觸玻璃毛面或棱，嚴(yán)禁用玻璃磚當(dāng)尺子畫界面； 2．入射角應(yīng)在30°到60°之間； 3．大頭針要豎直插在白紙上，且玻璃磚每一側(cè)兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)盡量大一些，以減小確定光路方

5、向時造成的誤差； 4．玻璃磚的折射面要畫準(zhǔn)； 5．由于要多次改變?nèi)肷浣侵貜?fù)實驗，所以入射光線與出射光線要一一對應(yīng)編號以免混亂． 技能優(yōu)化 釋難答疑的金鑰匙 【典型例題1】　在“測定玻璃的折射率”實驗中，某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，如圖甲所示． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (1)在圖中畫出完整的光路圖； 甲 　　乙 (2)對你畫出的光路圖進(jìn)行測量和計算，求得該玻璃磚的折射率n＝________(保留3位有效數(shù)字)； (3)為了觀測光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象，某同學(xué)做了兩次實驗，經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針，如圖乙

6、所示．圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和______(選填“A”或“B”)． 【典型例題2】　學(xué)校開展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識，設(shè)計了一個測量液體折射率的儀器，如圖所示．在一圓盤上，過其圓心O作兩條互相垂直的直徑BC、EF，在半徑OA上，垂直盤面插下兩枚大頭針P1、P2并保持P1、P2位置不變，每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進(jìn)入液體中，而且總使得與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2的像，同學(xué)們通過計算，預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值

7、，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值，則： (1)若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所對應(yīng)的折射率的值為________． (2)圖中P3、P4兩位置中______(選填“P3”或“P4”)處所對應(yīng)的折射率大． (3)作AO的延長線交圓周于K，K處所對應(yīng)的折射率值應(yīng)為________． (4)若保持∠AOF＝30°不變，用該裝置能測量的最大折射率的值不超過________． 【典型例題3】　在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面ab、cd與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖①、②和③所示，其中甲、丙同學(xué)用的是矩形

8、玻璃磚，乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚．他們的其他操作均正確，且均以ab、cd為界面畫光路圖． 則甲同學(xué)測得的折射率與真實值相比________(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)，乙同學(xué)測得的折射率與真實值相比________(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)，丙同學(xué)測得的折射率與真實值相比________． 當(dāng)堂檢測　　1.如圖所示，某同學(xué)用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率．在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心O，在玻璃磚(圖中實線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接OP3，圖中MN為分界線，虛線半圓與玻璃磚對稱，B、C分別

9、是入射光線、折射光線與圓的交點，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 第1題圖 (1)設(shè)AB的長度為l1，AO的長度為l2，CD的長度為l3，DO的長度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量________，則玻璃磚的折射率可表示為________． (2)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時針轉(zhuǎn)過一小角度，由此測得玻璃磚的折射率將________(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)． 2．某同學(xué)用半圓形玻璃磚測定玻璃的折射率，如圖所示．實驗的主要過程如下： 第2題圖 A．把白紙用圖釘釘在

10、木板上，在白紙上作出直角坐標(biāo)系xOy，在白紙上畫一條線段AO表示入射光線． B．把半圓形玻璃磚M放在白紙上，使其底邊aa′與Ox軸重合． C．用一束平行于紙面的激光從y＞0區(qū)域沿y軸負(fù)方向射向玻璃磚，并沿x軸方向調(diào)整玻璃磚的位置，使這束激光從玻璃磚底面射出后，仍沿y軸負(fù)方向傳播． D．在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2. E．在坐標(biāo)系y＜0的區(qū)域內(nèi)豎直地插上大頭針P3，并使得從P3一側(cè)向玻璃磚方向看去，P3能同時擋住P1和P2的像． F．移開玻璃磚，連接O、P3，用圓規(guī)以O(shè)點為圓心畫一個圓(如圖中虛線所示)，此圓與AO線交點為B，與OP3線的交點為C.確定出B點到x軸、y軸的

11、距離分別為x1、y1，C點到x軸、y軸的距離分別為x2、y2. (1)若實驗中該同學(xué)沒有將玻璃磚的底邊aa′與Ox軸重合，而是向y＞0方向側(cè)移了一些，這將導(dǎo)致所測的玻璃折射率與其真實值相比________．(選填“偏大”、“不變”或“偏小”) (2)若實驗中該同學(xué)在y＜0的區(qū)域內(nèi)，從任何角度都無法透過玻璃磚看到P1、P2，為能透過玻璃磚看到P1、P2，應(yīng)采取的措施是：________________________________________________________________________. 3．某同學(xué)測量玻璃磚的折射率，準(zhǔn)備了下列器材：激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有

12、反射膜的平行玻璃磚．如圖所示，直尺與玻璃磚平行放置，激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點射向玻璃磚表面，在直尺上觀察到A、B兩個光點，讀出OA間的距離為20.00 cm，AB間的距離為6.00 cm，測得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d1＝10.00 cm，玻璃磚厚度d2＝4.00 cm.玻璃的折射率n＝________，光在玻璃中傳播速度v＝________m/s(光在真空中傳播速度c＝3.0×108 m/s，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)． 第3題圖 第59講　實驗十二：　測定玻璃 的折射率技能優(yōu)化 ·典型例題1· (1)如圖所示　(2)1.51(±0.03均可)　(3)

13、A　【解析】　(1)完整的光路圖如圖所示． (2)用量角器測出入射角i與折射角r，根據(jù)折射率n＝得出結(jié)果；或者利用坐標(biāo)紙結(jié)合入射角和折射角畫兩個直角三角形，然后用刻度尺測出所對應(yīng)的直角邊和斜邊的長度，進(jìn)一步計算出正弦值，再代入折射率公式即可． (3)由題圖乙可知，光線P1P2入射到玻璃磚上時，相當(dāng)于光線射到了一個三棱鏡上，因此出射光線將向底邊偏折，所以出射光線過P3和B.P3和A的連線與玻璃磚沒交點． ·典型例題2·(1)　(2)P4　(3)1　(4)2 【解析】　(1)OP3與OC的夾角為30°，則入射角為60°，根據(jù)折射率定律n＝＝；(2)P4位置的入射角大，在折射角一定的情況

14、下，故折射率就大． (3)入射角和折射角相等，則折射率為1.(4)當(dāng)發(fā)生全反射時，為所能測量最大折射率，故為2. ·典型例題3·(1)偏小　(2)不變　(3)偏小 【解析】　如圖①測定折射率時，折射角增大，則折射率減??； 用圖②測折射率時，只要操作正確，與玻璃磚形狀無關(guān)； 用圖③測折射率時，折射角偏大，所以測得的折射率變小． 當(dāng)堂檢測 1．(1)l1和l3　n＝　(2)偏大　【解析】　(1)sinθ1＝，sinθ2＝，因此玻璃的折射率n＝＝＝，因此只需測量l1和l3即可．(2)當(dāng)玻璃磚順時針轉(zhuǎn)過一個小角度時，在處理數(shù)據(jù)時，認(rèn)為l1是不變的，即入射角不變，而l3減小，所以測量值n＝將偏大． 2．(1)偏大　(2)減小光線AO的入射角 【解析】　(1)折射率n＝，玻璃磚的底邊aa′與Ox軸未重合而向y＞0方向側(cè)移了一些，導(dǎo)致測量的y2偏大，y1偏小，所以玻璃的折射率的測量值與真實值相比偏大； (2)在y＜0的區(qū)域內(nèi)，從任何角度都無法透過玻璃磚看到P1、P2，說明光線AO在界面aa′上發(fā)生了全反射．應(yīng)該減小光線AO的入射角． 3．1.2　2.5×108　【解析】　作出光路圖如圖所示，根據(jù)幾何知識可得入射角i＝45°，折射角r＝37°，故折射率n＝≈1.2，故v＝＝2.5×108 m/s. 第3題圖選修3－5