高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI實(shí)驗(yàn)18測量玻璃的折射率第十三章2026內(nèi)容索引010203強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略增素能精準(zhǔn)突破練思維遷移運(yùn)用強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定玻璃的折射率,掌握光發(fā)生折射的入射角和折射角的確定方法。2.實(shí)驗(yàn)原理用插針法找出與入射光線AO對應(yīng)的出射光線O'B,確定出O'點(diǎn),畫出折射光線OO',然后測量出角θ1和θ2,根據(jù)

計(jì)算玻璃的折射率。θ1為空氣中的角,θ2為玻璃中的角3.實(shí)驗(yàn)器材白紙、圖釘、大頭針、刻度尺、鉛筆、量角器、平木板、長方形玻璃磚。

4.實(shí)驗(yàn)步驟(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(diǎn)O畫出界面的法線NN',并畫一條線段AO作為入射光線。②把平行玻璃轉(zhuǎn)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(diào)整視線的方向,直到P1的像被P2擋住,再在觀察的這一側(cè)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。

P3、P4連線即為光線AO的出射光線②移開玻璃磚連接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用量角器測出入射角和折射角,查出它們的正弦值。④改變?nèi)肷浣铅?,重復(fù)實(shí)驗(yàn),記錄相關(guān)測量數(shù)據(jù)。5.數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算法:計(jì)算每次折射率n,求出平均值

。(2)圖像法(如圖所示)

(3)單位圓法(如圖所示)6.誤差分析(1)入射光線、出射光線確定的準(zhǔn)確性造成誤差,故在入射側(cè)和出射側(cè)所插兩枚大頭針的間距應(yīng)大一些。(2)入射角和折射角的測量造成誤差。入射角應(yīng)適當(dāng)大一些,可以減小測量的相對誤差。增素能精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作典例1.某小組做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn),所用器材有:玻璃磚、大頭針、刻度尺、圓規(guī)、筆、白紙。(1)下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度(

)A.選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B.選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C.選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn)D.插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些(2)該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn),記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如下圖所示,其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是(

)(3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄,在白紙上畫出光線的徑跡,以入射點(diǎn)O為圓心作圓,與入射光線、折射光線分別交于A、B點(diǎn),再過A、B點(diǎn)作法線NN'的垂線,垂足分別為C、D點(diǎn),如圖所示,則玻璃的折射率n=

。(用圖中線段的字母表示)

答案

(1)AD

(2)D

(3)解析

(1)在插針法測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中,使用兩光學(xué)面間距大的玻璃磚能更準(zhǔn)確地確定玻璃磚內(nèi)光線的位置,有利于減小實(shí)驗(yàn)誤差,而兩光學(xué)面是否平行對測量折射率沒有影響,選項(xiàng)A正確,B錯誤;插針時(shí)要求后插的針擋住先插的針或先插的針的像,故選用細(xì)一點(diǎn)的大頭針能更準(zhǔn)確地確定光線位置,提高實(shí)驗(yàn)精確度,選項(xiàng)C錯誤;實(shí)驗(yàn)中是根據(jù)同側(cè)兩枚大頭針的連線來確定入射光線或出射光線,故距離大些更好,選項(xiàng)D正確。

(2)由題圖可知實(shí)驗(yàn)使用的是平行玻璃磚,故出射光線應(yīng)該與入射光線平行,選項(xiàng)A出射光線與入射光線在同一直線上,選項(xiàng)B、C中出射光線與入射光線不平行,故只有選項(xiàng)D正確?？碱}點(diǎn)睛

考點(diǎn)考向點(diǎn)睛測折射率的原理光學(xué)中的幾何關(guān)系規(guī)律:控制實(shí)驗(yàn)條件準(zhǔn)確操作實(shí)驗(yàn),以保證得到的入射角和折射角的準(zhǔn)確性方法:用后插大頭針擋住前插大頭針的像及兩點(diǎn)決定一直線來畫出入射光線和折射光線,從而找出入射角和折射角,利用單位圓計(jì)算出n易錯:兩光學(xué)面不必平行,只需畫出入射光線和折射光線就能求得折射率考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例2.(2024湖北卷)某同學(xué)利用激光測量半圓柱體玻璃磚的折射率,具體步驟如下:①平鋪白紙,用鉛筆畫兩條互相垂直的直線AA'和BB',交點(diǎn)為O。將半圓柱體玻璃磚的平直邊緊貼AA',并使其圓心位于O點(diǎn),畫出玻璃磚的半圓弧輪廓線,如圖甲所示。②將一細(xì)激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃磚,記錄折射光線與半圓弧的交點(diǎn)M。③拿走玻璃磚,標(biāo)記CO光線與半圓弧的交點(diǎn)P。④分別過M、P作BB'的垂線MM'、PP',M'、P'是垂足,并用刻度尺分別測量MM'、PP'的長度x和y。⑤改變?nèi)肷浣?重復(fù)步驟②③④,得到多組x和y的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出y-x圖像,如圖乙所示。(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是

(單選,填標(biāo)號)。

A.入射角越小,誤差越小B.激光的平行度好,比用插針法測量更有利于減小誤差C.選擇圓心O點(diǎn)作為入射點(diǎn),是因?yàn)榇颂幍恼凵洮F(xiàn)象最明顯(2)根據(jù)y-x圖像,可得玻璃磚的折射率為

(保留三位有效數(shù)字)。

(3)若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實(shí)際半徑,則折射率的測量結(jié)果

(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

練思維遷移運(yùn)用1.某同學(xué)用“插針法”測量玻璃的折射率,所用玻璃磚兩面平行。正確操作后,作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖甲所示。(1)某同學(xué)操作不慎,將規(guī)則的玻璃磚傾斜一定角度后,仍準(zhǔn)確記下玻璃磚的四個分界面,如圖乙,其他操作完全正確,則玻璃磚折射率的測量值與真實(shí)值相比

(選填“變大”“變小”或“不變”)。

(2)另一同學(xué)已記錄好了玻璃磚的兩個分界面,操作不慎,將玻璃磚的位置稍微向下平行移動了一小段距離,如圖丙,其他操作完全正確,則玻璃磚折射率的測量值與真實(shí)值相比

(選填“變大”“變小”或“不變”)。

(3)如圖丁利用“插針法”測量不平行玻璃磚折射率。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用如下方法:以入射點(diǎn)O為圓心,取一合適的長度為半徑作圓,該圓與入射光線PO交于M點(diǎn),與折射光線OO'的延長線交于F點(diǎn),過M、F點(diǎn)分別向法線作垂線,其垂足分別為N、E,現(xiàn)測得lMN=1.68cm,lEF=1.12cm,則該玻璃磚的折射率n=

。

答案

(1)不變

(2)不變

(3)1.5解析

(1)雖然將規(guī)則的玻璃磚傾斜一定角度,但準(zhǔn)確記下玻璃磚的四個分界面,能準(zhǔn)確得到入射光線與折射光線,因此玻璃磚折射率的測量值與真實(shí)值相等。(2)如圖玻璃磚折射率的測量值為由圖得θ1'=θ1θ2'=θ2比較可得n'=n。2.(2024廣東河源開學(xué)考)某實(shí)驗(yàn)小組欲測定一段圓柱形玻璃磚的折射率,其操作步驟如下:a.將白紙固定在水平桌面上,將圓柱形玻璃磚豎直放在白紙上,用鉛筆準(zhǔn)確描出玻璃磚底面圓的輪廓。b.將底面圓圓周平分為60等份,并標(biāo)上相應(yīng)的數(shù)字,如圖甲所示,再將玻璃磚豎直放回圖甲中的底面圓輪廓上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。c.用激光筆發(fā)出細(xì)束激光,沿平行于圓直徑OO'的方向入射,分別準(zhǔn)確記錄入射點(diǎn)P和出射點(diǎn)Q在圓周上對應(yīng)的讀數(shù)N1、N2。d.改變?nèi)肷潼c(diǎn)位置,重復(fù)步驟c。(1)根據(jù)圓周上的讀數(shù)N1、N2可得,入射角θ1=

,折射角θ2=

。(以弧度制表示)

(2)若經(jīng)過多次測量,作出sinθ1-sinθ2的圖像如圖乙所示,則玻璃磚的折射率為n=

(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。

(3)在本實(shí)驗(yàn)的操作過程中,若入射光線發(fā)生了如圖甲中虛線AB所示的偏離,則折射率的測量值將

(選填“偏大”或“偏小”)。

3.(2023廣東卷)某同學(xué)用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率。實(shí)驗(yàn)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(biāo)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(diǎn)水平入射,到達(dá)ef面上的O點(diǎn)后反射到N點(diǎn)射出。用大頭針在白紙上標(biāo)記O點(diǎn)、M點(diǎn)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(diǎn),如圖甲所示。③用刻度尺測量PM和OM的長度d1和d2。PM的示數(shù)如圖乙所示,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(dá)式n=