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(共41张PPT)
第2课时　实验:测量玻璃的折射率
实验探究 方案梳理
实验目的
掌握测量玻璃折射率的方法。
实验原理
用插针法确定光路,找出跟入射光线相对应的折射光线,用量角器测入射角θ1和折射角θ2,根据折射定律计算出玻璃的折射率
实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或刻度尺)、铅笔。
实验步骤
1.如图所示,将白纸用图钉钉在平木板上。
2.在白纸上画出一条直线aa'作为分界面(线),过aa'上的一点O画出界面的法线NN',并画一条线段AO作为入射光线。
3.把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa'对齐,画出玻璃砖的另一边bb'。
4.在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置。
5.移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线O'B与bb'交于O',直线O'B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。
6.连接OO',入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON',用量角器量出入射角和折射角,把这些数据记录在自己设计的表格中。
7.用上述方法测出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角,填入表格中。
3.单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用此方法求折射率。
在找到入射光线和折射光线以后,以入射点O为圆心,以一定长度的半径画圆,分别与入射光线AO交于C点,与折射光线OO'(或OO'的延长线)交于D点,过C、D两点分别向NN'作垂线,交NN'于C'、D',用刻度尺量出CC'和DD'的长,如图所示。
重复以上实验,求得各次折射率的计算值,然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值。

误差分析
1.入射光线和出射光线确定得不够精确。因此要求插大头针时两大头针间距应稍大。
2.入射角、折射角测量得不精确。为减小测角时的相对误差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大时,反射光较强,折射光会相对较弱。
注意事项
1.实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。
2.入射角θ1应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大。
3.在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁面,更不能把玻璃砖当尺子画线。
4.在实验过程中,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。
实验热点 探究突破
热点1 实验原理与操作
典型例题
【例1】小花在做“测定玻璃的折射率”的实验中,先在白纸上放好玻璃砖,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在另一侧透过玻璃砖观察,插上大头针P3、P4,如图所示,aa'和bb'分别是玻璃砖与空气的两个界面,用“+”表示大头针的位置。图中AO表示经过大头针P1和P2的光线,该光线与界面aa'交于O点,MN表示法线。
(1)请将光路图画完整,并在图中标出光线进入玻璃砖发生折射现象的入射角θ1和折射角θ2。
(2)该玻璃砖的折射率可表示为n=_________。(用与θ1和θ2有关的三角函数表示)。
(3)确定P4位置的方法是__________________。

挡住P3和P1、P2的像
(4)为提高实验的准确程度,下列说法正确的是_________。
A.大头针应垂直于纸面插上
B.此实验必须使用量角器
C.画玻璃砖界面aa'、bb'时,可以直接用铅笔沿着玻璃砖界面画直线
D.如果玻璃砖aa'和bb'不平行,用此方法也可测量折射率
AD
解析:(1)由于P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,故通过P1、P2的光线折射后通过P3、P4。
(4)大头针应垂直地插在纸面上,这样便于观察,选项A正确。没有量角器,可以用单位圆法求出折射率,选项B错误。直接用铅笔沿着玻璃砖界面画直线容易损坏玻璃砖折射面,影响实验效果,选项C错误。在测定玻璃的折射率的实验中,折射率n的测量值只与入射角和折射角有关,而与两个表面的形状无关,选项D正确。
热点2 实验数据处理与误差分析
典型例题
【例2】如图甲所示,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OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有________。
A.插上大头针P3,使P3仅挡住P2的像
B.插上大头针P3,使P3挡住P1的像和P2的像
C.插上大头针P4,使P4仅挡住P3
D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像
(2)过P3、P4作直线交bb'于O',过O'作垂直于bb'的直线NN',连接OO'。测量图甲中角α和β的大小,则玻璃砖的折射率n=________。
BD

(3)如图乙所示,该同学在实验中将玻璃砖界面aa'和bb'的间距画得过宽。若其他操作正确,则折射率的测量值________ (选填“大于”“小于”或“等于”)准确值。
(4)另一位同学准确地画好玻璃砖界面aa'和bb'后,实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些,如图丙所示。若其他操作均正确,则折射率的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)准确值。
小于
等于
热点3 实验拓展与创新
典型例题
【例3】(2025·福建卷)某实验小组探究糖水折射率n随浓度η的变化规律。主要装置包括激光器和长方体玻璃缸,玻璃缸正面内侧刻有水平、竖直标尺,如图甲所示。实验操作过程如下:
甲
乙
(1)调配一定浓度的糖水,注入水平放置的玻璃缸中。
(2)打开激光器,让激光紧贴玻璃缸正面内侧以一定入射角从空气折射入糖水。
(3)调整激光器,使入射点O处于竖直刻度尺的正后方,光路如图乙所示,其中A点是入射光线与玻璃缸上边沿所在平面的交点,B点是折射光线与玻璃缸底部的交点,A、B点到法线的距离分别为L1、L2,到液面的距离分别为h1、h2。测得L1、L2、h1、h2的值,并利用表达式n=_____________ (用L1、L2、h1、h2表示)求出糖水折射率。

(4)改变缸内糖水浓度,进行多次实验,将实验数据填入下表。
浓度η/% 11.8 21.1 32.0 39.1 51.1
折射率n 1.34 1.36 1.38 1.40 1.42
(5)在图丙给出的坐标纸上补上浓度η=32.0%的数据点。分析图中数据点,可知糖水折射率随浓度近似线性变化,绘制出“n-η”图线。
(6)由所绘图线可知,糖水浓度每增加10.0%,折射率增大________。(结果保留两位有效数字)
0.021
(5)将浓度η=32.0%的数据点(32.0%,1.38)补在图上并绘制拟合直线,“n-η”图线如图所示。
(6)由图线可知,图线斜率为0.21,即浓度每增加10.0%,折射率增大0.021。
规律总结
实验的创新角度
创新角度 案例概述
实验器材、数据处理的创新
实验器材选用三角形玻璃砖。
光路图结合圆的几何特性求解折射率
创新角度 案例概述
实验过程的创新
用刻度尺测半圆形玻璃砖折射率的实验,由射向O点的入射光线对应的折射光线、反射光线和相应界面,确定入射角和折射角的正弦值,进而求出玻璃砖的折射率
创新角度 案例概述
实验目的的创新
用广口瓶和刻度尺测量液体的折射率,利用光的反射定律和折射定律测量液体的折射率
成 果 验 收 站
1.图甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖,它的　　　　面不能用手直接接触。在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同,且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像,但最后一个针孔的位置不同,分别为d、e两点,如图乙所示。计算折射率时,用　　　　(选填“d”或“e”)点得到的值较小,用　　　　(选填“d”或“e”)点得到的值误差较小。
光学
d
e
解析:从题图中看出,直线ce近似与直线ab平行,因此,使用c、e两点作图,测量出的数值更接近于折射率真实值,误差较小。若使用c、d两点作图,折射角较大,计算出的折射率偏小。
2. 实验小组用插针法测量一玻璃砖的折射率,实验过程如下:
(1)在白纸上画出一条直线a作为界面,将长方体玻璃砖放在白纸上,使它的一长边与a对齐。将直尺对齐玻璃砖的另一长边,按住直尺不动,将玻璃砖取下,画出直线a'代表玻璃砖的另一边。
(2)将玻璃砖放回直线a、a'之间,在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2,眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针,使P2将P1挡住,如图甲所示。在眼睛这一侧,插上大头针P3,要求P3能挡住_____ (选填“P1”“P2”或“P1和P2”)的像,依此类推再插上大头针P4。
P1和P2
(3)某次实验时,得到P1、P2、P3、P4位置及界面a、a'如图乙所示,请在图乙中作出本次实验光线穿过玻璃砖的光路图。
(4)设入射光线与a的交点为A,作出法线NN',如图丙所示。以入射点A为圆心作圆,圆与入射光线交于C点,与折射光线交于B点,测得B点到法线NN'的距离为d1,C点到法线NN'的距离为d2,则玻璃砖的折射率n=　　　　。

解析:(2)插上大头针P3,应使P3挡住P1和P2的像。
(3)根据实验原理,光路如答案图所示。
(4)设入射角、折射角分别为i、r,如图所示。
3.(2026·云南昆明市一中高三联考)某同学做“插针法测量玻璃的折射率”实验,aa'、bb'是玻璃砖的边界,P1、P2、P3、P4是正确操作下插的大头针,O为入射点,如图所示。据此回答下列问题。
(1)该同学在插大头针P4的过程中　　　。
A.需要挡住P3
B.需要挡住P3跟P2的像
C.需要挡住P3跟P2、P1的像
C
(2)如图所示,正确作出光路图后,实验小组以入射点O为圆心,R=4 cm为半径作圆,圆与入射光线、折射光线分别交于A、D两点,再过A、D两点作法线的垂线,垂足分别为B、C两点,测得lAB=2.89 cm,lCD=1.84 cm,则玻璃砖的折射率为　　　　。(结果保留三位有效数字)
(3)该同学在插大头针P4时不小心插得偏左了一点,则折射率的测量值　　　　(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。
1.57
偏小

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