专题80 测量玻璃砖的折射率实验(解析版)

1.（2019高考理综天津卷）（2）某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。

①下列哪些措施能够提高实验准确程度______。 A.选用两光学表面间距大的玻璃砖 B.选用两光学表面平行的玻璃砖 C.选用粗的大头针完成实验

D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些

②该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是______。

③该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n______。（用图中线段的字母表示）

【参考答案】AD B

AC BD【名师解析】①做测定玻璃的折射率实验，能够提高实验准确程度的是：选用两光学表面间距大的玻璃砖有助于提高确定折射角的准确程度，插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些，有助于提高确定入射角和折射角的准确程度，选项AD正确。

②根据光通过平行玻璃砖的光路可知，入射线和出射线平行，在玻璃砖中折射角小于入射角，所以实验操

作正确的是B。

③由折射定律，玻璃的折射率nAC。 BD2.（2012··浙江）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19-1-甲所示。

图19-1-甲 图19-1-乙 图19-1-丙

（1）在图19-1-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为有效数字)； （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19-1-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”）。

【参考答案】（1）完整的光路图如图。（2）1.51（3）A

图19-1-J

【名师解析】画出完整的光路图如图19-1-J所示。测量出入射角和折射角，由折射定律，求得该玻璃砖的折射率n=1.51. P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，由于入射界面和出射界面不平行，出射光线将向下偏折，所以其对应出射光线上的2枚大头针是P3和A。

【点评】若待测玻璃砖两界面平行时，入射线和出射线平行；若待测玻璃砖两界面不平行时，入射线和出射线不平行。

注解：利用插针法测量玻璃折射率，画出入射线、法线和折射线后，可以通过测量入射角、折射角，利用折射定律得出折射率；也可以以入射点作为圆心画出单位圆，单位圆与入射线和折射线相交。分别过这两个交点作法线的垂线，测量这两段垂线的长度，这两段垂线的长度的比值等于玻璃折射率。

高考模拟题

1、(2018·河北沧州模拟)(1)(10分)两位同学用两面平行的玻璃砖做“测定玻璃的折射率”实验． ①甲同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO′延长线于C点，过A点和C点作垂直于法线的线段分别交法线于B点和D点，如图所示．测量有关线段长度，可得玻璃的折射率n＝________.(用图中线段表示)

②乙同学在画界面时，不小心将两界面ab和cd间距画得比玻璃砖宽度大些，下界面与实际相同，如图所示．若操作无误，则他测得的折射率比真实值________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．

AB

12偏小 【参考答案】○ ○CD

【名师解析】①题图甲中AO为入射光线，OO′是折射光线，设光线在玻璃砖上表面的入射角为i，折射角为r，则由几何知识得到sini＝

②

ABCDsiniAB，sinr＝，又AO＝OC，则折射率n＝＝. AOOCsinrCD

sini

“测定玻璃砖折射率”的实验原理是折射定律n＝，如图所示，右边实线表示实际的光路图，左边虚

sinr线表示作图光路图，由图可看出，画图时的入射角不变、折射角比实际的折射角变大，由折射定律可知，测出的折射率变小．

2．某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。 ①下列哪些措施能够提高实验准确程度______。 A.选用两光学表面间距大的玻璃砖 B.选用两光学表面平行的玻璃砖 C.选用粗的大头针完成实验

D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些

②该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是______。

③该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN’的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n=______。（用图中线段的字母表示）

【参考答案】①AD 【名师解析】

①采用插针法测定光的折射率的时候，应选定光学表面间距大一些的玻璃砖，这样光路图会更加清晰，减小误差，同时两枚大头针的距离尽量大一些，保证光线的直线度，因此AD正确，光学表面是否平行不影响该实验的准确度，因此B错误，应选用细一点的大头针因此C错误。

②根据光的折射定律可知当选用平行的玻璃砖时出射光和入射光应是平行光，又因发生了折射因此出射光的出射点应相比入射光的延长线向左平移，因此D正确，ABC错误.

②D

③

AC BD③由折射定律可知折射率

nsinAOCACBDACsinAOCsinBODnsinBOD，R，R，联立解得BD.

3.（4分）【加试题】（2019浙江杭州模拟4） 如图所示，某同学利用方格坐标纸来测定半圆形玻璃砖的折射率。其中，OA作为入射光线，是首先画在纸上的直线，他在直线OA适当位置先后竖直插上P1、P2两枚大头针，如图放上玻璃砖（如粗黑线所示），然后插上P3、P4大头针。

（1）其中他确定P4大头针位置的方法应当是：_____ ________ _ ________； （2）若该同学实验操作规范准确，其记录情况如图所示。则该同学利用图示的记录情况可测得玻璃砖的折射率n=___________。

【参考答案】【共4分，每空2分】

（1） 透过玻璃砖看，使P4大头针挡住P1P2和P3三枚大头针的像 （2） 1.5

【名师解析】图中以半圆形玻璃砖的圆心画出了圆，若取圆的半径为1，则入射角的正弦值可表示为6，折射角的正弦值可表示为4，由折射定律可得n=1.5.

4.（2019浙江大学附中模拟）小李同学利用激光笔和角度圆盘测一半圆形玻璃砖的折射率，如图所示是他用手机拍摄的某次实验现象照片，图中有三条明亮的光线，固定好激光笔，然后将圆盘和玻璃砖一起绕圆心______（填“顺时针”或者“逆时针”）缓慢转动了5°，发现光线③恰好消失了，那么这次他所测得半圆形玻璃砖的折射率n=______。

【参考答案】顺时针 【名师解析】

圆盘和玻璃砖一起顺时针绕圆心缓慢转动，入射角逐渐增大，当入射角等于临界角时发生全反射，折射光

线消失，由题得全反射临界角C=45°，由sinC=【关键点拨】

得n=

圆盘和玻璃砖一起顺时针绕圆心缓慢转动，入射角等于临界角时发生全反射，折射光线消失，由图读出临界角C，再由sinC=sinC=

求折射率。本题利用全反射知识测定玻璃砖的折射率，其原理是全反射临界角公式

，关键要理解并掌握全反射产生的条件。

5.图2甲为某同学利用半圆形玻璃砖测定玻璃折射率n的装置示意图。他让光从空气射向玻璃砖，在正确操作后，他利用测出的数据作出了图乙所示的折射角正弦(sin r)与入射角正弦(sin i)的关系图象。则下列说法正确的是( )

图2

2A.该玻璃的折射率n＝

3B.该玻璃的折射率n＝1.5

2

C.在由空气进入该玻璃中传播时，光波频率变为原来的

3D.在由空气进入该玻璃中传播时，光波波长变为原来的1.5倍 【参考答案】 B

sin i

【名师解析】 由折射定律n＝可知折射角正弦(sin r)与入射角正弦(sin i)的关系图象的斜率的倒数表示

sin r3

折射率，所以n＝＝1.5，选项A错误，B正确；在由空气进入该玻璃中传播时，光波的频率不变，光

22

波波长变为原来的，选项C、D错误。

3

6.(10分)一同学在水平桌面上铺放一张白纸，将一横截面是直角三角形的玻璃砖平放在白纸上，并用铅笔将其边缘画在白纸上，得到如图所示的直角三角形ABC，在白纸上作一垂直BC边的直线，在该直线上竖直插上P1、P2两颗大头针，然后从玻璃砖的另一个面透过玻璃砖观察P1、P2的像，在白纸上竖直插上P3、P4两颗大头针，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，大头针的位置如图所示．

(i)作出该光束完整的光路图；

(ii)测得出射光线与AB边的夹角为θ(θ为锐角)，测出直角三角形顶角A的角度为α，求该玻璃砖的折射率n.

【参考答案】 (i)光路图如图所示． cos θ（ii）

cos 2α

【名师解析】(i)连接并延长与AB相交，延长入射线与AC相交，连接两交点即为在AC面的反射线，光路图如图所示．

(ii)由光路图的几何关系可得到： π

折射角为γ＝－θ ①

2π

入射角为φ＝－2α ②

2玻璃砖的折射率

π

sin （－θ）

2cos θ

n＝＝. πcos 2αsin （－2α）

2