届一轮复习人教版实验十四测定玻璃的折射率学案文档格式.docx

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（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sinθ1和sinθ2.

（8）改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的，并取平均值．

二、规律方法总结

1．数据处理

（1）计算法：

用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角时的，并取平均值．

（2）作sinθ1－sinθ2图象：

改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sinθ1－sinθ2图象，由n＝可知图象应为直线，如实验原理图乙所示，其斜率为折射率．

（3）“单位圆”法确定sinθ1、sinθ2，计算折射率n.

以入射点O为圆心，以一定的长度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′.如实验原理图丙所示，sinθ1＝，sinθ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝.只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n.

2．注意事项

（1）用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面，严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb′.

（2）实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动．

（3）大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大一点，以减小确定光路方向时造成的误差．

（4）实验时入射角不宜过小，否则会使测量误差过大，也不宜过大，否则在bb′一侧将看不到P1、P2的像．

高频考点一　实验的原理与操作

例1．某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图1所示．

图1

（1）此玻璃的折射率计算式为n＝________（用图中的θ1、θ2表示）．

（2）如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________（填“大”或“小”）的玻璃砖来测量．

答案　

（1）　

（2）大

解析　

（1）光线由空气射入玻璃的入射角i＝90°

－θ1，折射角r＝90°

－θ2，由折射率的定义可得：

n＝＝＝，根据平行玻璃砖对光线的影响可知，玻璃砖宽度越大，侧移量越大，折射角的测量误差越小．

【变式探究】用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插入两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，使P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图2所示．

图2

（1）在题图上画出所需的光路．

（2）为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是_______，_______，在图上标出它们．

（3）计算折射率的公式是________．

答案　见解析

高频考点二　数据处理及误差分析

例3．在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图3甲所示．

（1）在图乙中画出完整的光路图．

（2）对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝____（保留3位有效数字）.

（3）为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图丙所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________（填“A”或“B”）．

图3

答案　

（1）见解析图　

（2）1.53（说明：

1.53±

0.03范围内都可）　（3）A

解析　

（1）分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长，与玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中的传播路径．光路图如图所示．

【变式探究】在用插针法测定玻璃砖的折射率的实验中，甲、乙、丙三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4①、②和③所示，其中甲、丙两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．

图4

（1）甲同学测得的折射率与真实值相比________（填“偏大”“偏小”或“不变”）．

（2）乙同学测得的折射率与真实值相比________（填“偏大”“偏小”或“不变”）．

（3）丙同学测得的折射率与真实值相比________．

答案　

（1）偏小　

（2）不变

（3）可能偏大、可能偏小、可能不变

【举一反三】如图5，用插针法测定玻璃折射率的实验中，以下说法正确的是（　　）

图5

（1）P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度

（2）P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些，可以提高准确度

（3）入射角θ1适当大些，可以提高准确度

（4）入射角太大，折射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射，使实验无法进行

（5）P1、P2的间距、入射角的大小均与实验的准确度无关

A．

（1）（3）B．

（2）（4）

C．（3）（5）D．

（1）（4）

答案　A

解析　实验根据大头针确定入射光线和出射光线，在连线及测量时必然有误差，P1、P2和P3、P4之间距离适当大些，可以减小误差，故

（1）正确，

（2）错误；

实验要求入射角不能太小，否则会导致测量误差太大，（3）正确；

根据几何知识知光在第二界面的入射角等于在第一界面的折射角，即小于临界角，不会发生全反射，（4）错误；

综合上述分析知（5）错误．故选A.

高频考点三　实验拓展与创新

例3．某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率．开始时玻璃砖的位置如图6中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像．如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失．此时只需测量出________，即可计算出玻璃砖的折射率．请用你的测量值表示出折射率：

________.

图6

答案　玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ　n＝

【变式探究】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7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：

图7

（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________．

答案　

（1）　

（2）P4处对应的折射率的值大　（3）1

【举一反三】小明同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃砖折射率的实验，如图8所示，他进行的主要步骤是：

图8

A．用刻度尺测玻璃砖的直径AB的大小d.

B．先把白纸固定在木板上，将玻璃砖水平放置在白纸上，用笔描出玻璃砖的边界，将玻璃砖移走，标出玻璃砖的圆心O、直径AB、AB的法线OC.

C．将玻璃砖放回白纸的原处，长直尺MN紧靠A点并与直径AB垂直放置．

D．调节激光器，使PO光线从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心O，并使长直尺MN的左右两侧均出现亮点，记下左侧亮点到A点的距离x1，右侧亮点到A点的距离x2.则：

①小明利用实验数据计算此玻璃砖折射率的表达式为n＝________.

②关于上述实验，以下说法正确的是________．

A．在∠BOC的范围内，改变入射光线PO的入射角，直尺MN上可能只出现一个亮点

B．左侧亮点到A点的距离x1一定小于右侧亮点到A点的距离x2

C．左侧亮点到A点的距离x1一定大于右侧亮点到A点的距离x2

D．要使左侧亮点到A点的距离x1增大，应减小入射角

答案　

（1）　

（2）ABD

（2）当入射角大于等于发生全反射的临界角时，只有反射没有折射，则直尺MN上只出现一个亮点，故A正确．光从玻璃射入真空，折射角大于入射角，通过几何关系知，x1<

x2，故B正确，C错误．减小入射角，则折射角减小，x1增大，故D正确。

【2016·

四川卷】某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n.如图1甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径．该同学测得多组入射角i和折射角r，作出sinisinr图像如图乙所示．则（　　）

A．光由A经O到B，n＝1.5

B．光由B经O到A，n＝1.5

C．光由A经O到B，n＝0.67

D．光由B经O到A，n＝0.67

【答案】B　【解析】在本题中，介质折射率为空气中角度的正弦值和介质中角度的正弦值之比，则n＝＝＝1.5.又由于题目中所说的入射角为i，可以得出光线是从B经O到A，故选项B正确．

【2015·

北京·

21

（1）】10．“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，和分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图1所示，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针和，用“+”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针和，在插和时，应使（选填选项前的字母）

A、只挡住的像B、只挡住的像C、同时挡住、的像

【答案】C

1、如图4所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率．在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3，图中MN为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点．

（1）设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO为的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量________，则玻璃砖的折射率可表示为________．

（2）该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将________（选填