实验特训01 测量玻璃的折射率（解析版）-2025高考物理一轮新题型综合特训（上海专用）

这是一份实验特训01 测量玻璃的折射率（解析版）-2025高考物理一轮新题型综合特训（上海专用），共16页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。


一、实验题
1．某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线，如图甲所示，并在入射光线AO上插上大头针、，现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上和大头针，便能确定光在玻璃砖中的折射光线。
（1）确定位置的方法正确的是 ；
A．透过玻璃砖，挡住的像
B．先插上大头针，在靠近玻璃砖一侧挡住的位置
C．透过玻璃砖观察，使挡住、的像
（2）经过多次测量作出的图像如图乙，玻璃砖的折射率为 ；（保留三位有效数字）
（3）若该同学在确定位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把位置画的偏左了一些，则测出来的折射率 ；（填“偏大”、“偏小”或“不变”）
（4）该同学突发其想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，插针、的连线垂直于AB面，若操作无误，则在图中右边的插针应该是 。
A． B． C． D．
（5）另一位学生为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的aa′和bb′都比实际的折射面向外侧平移了一些（如图所示），以后的操作都正确无误，并仍以aa′和bb′为折射面画出了光路图，这样测出的折射率将 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
【答案】 C 1.50 偏小 C 偏小
【详解】（1）[1]确定位置的方法正确的是：透过玻璃砖观察，使挡住、的像，故选C；
（2）[2]光路如图；
根据
可知，图像的斜率等于折射率，由图像可知玻璃砖的折射率为
（3）[3]若该同学在确定位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把位置画的偏左了一些，则P4P3的连线与bb′的交点偏右，测得的折射角θ2偏大，则根据
可知，测出来的折射率偏小；
（4）[4]光路图如图所示
根据光路图可知，经过P1P2的光线经两块玻璃砖的分界处向下偏转，然后射入右侧玻璃砖后平行射出，所以在图中右边的插针应该是P5P6；故选C。
（5）[5]光路图，如图

由图可知
其中变大，则n变小，即测量值偏小。
2．如图所示的阴影部分ABC为一透明光学元件的横截面，AC为圆心在O的圆弧面，ABCO构成正方形。现要测定该元件的折射率，可供选用的器材还有：大头针、笔、刻度尺、圆规、平整的木板、图钉、白纸。

I.某小组进行了如下的实验操作，请将步骤补充完整。
（1）将白纸用图钉固定在平整木板上，在白纸上画出光学元件的横截面图，标好对应关系，把光学元件放在白纸上，使它的横截面与图中画线对齐；
（2）在O点竖直插大头针P。
（3）在D点竖直插大头针，发现在AB外侧无论怎样调整视线都不能观察到大头针P和的像在一条直线上，则应使连线OD与OA的角度 （填“变大”或“变小”），才能在AB外侧观察到大头针P和的像在一条直线上；
（4）选择合适的点竖直插大头针，在BC外侧调整视线观察到大头针P和的像在一条直线上，再竖直插上两枚大头针，使挡住 ，挡住 ；
（5）移去大头针和光学元件，记录好、和的孔洞位置，在固定好的白纸上作出直角坐标系，轴与OC重合，轴与OA重合，用刻度尺测出、和在直角坐标系中的坐标，，。则此光学元件折射率测量值的表达式为 ；（用测量的坐标值表示）
Ⅱ.根据小组的实验过程，下列哪些措施能够提高实验准确程度 。
A．应选用较粗的大头针完成实验
B．应选用较细的大头针完成实验
C．插在光学元件同侧的两枚大头针间的距离应适当小些
D．插在光学元件同侧的两枚大头针间的距离应适当大些
Ⅲ.小组测得该元件折射率为2，光学元件圆弧面的半径为R。若只考虑首次从圆弧AC直接射向AB和BC的光线，从插在O点的大头针P射入圆弧AC的光中，有一部分不能从AB、BC面直接射出，则这部分光照射圆弧AC的弧长为 。
【答案】 变小 P和的像 和P、的像 BD
【详解】I．（3）[1]在AB外侧无论怎样调整视线都不能观察到大头针P和的像在一条直线上，说明光线发生了全反射，应使连线OD与OA的角度减小，使入射角小于临界角，不发生全反射；
（4）[2][3]选择合适的点竖直插大头针，在BC外侧调整视线观察到大头针P和的像在一条直线上，再竖直插上两枚大头针，使挡住P和的像，挡住和P、的像；
（5）[4]设入射角i，折射角，则

Ⅱ．[5]AB．应选用较细的大头针完成实验，这样可准确确定光线的传播方向，选项A错误，B正确；
CD．插在光学元件同侧的两枚大头针间的距离应适当大些，这样可减小确定光线方向时产生的误差，选项C错误，D正确。
故选BD。
III ．[6]因为，则
所以临界角
所以射在圆弧AC正中央三分之一圆弧的光不能从AB和BC面射出，这部分光照射圆弧AC的弧长为。
3．在“测玻璃的折射率”实验中：
（1）如图1，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是 。

A．若不小心用手触摸了光学表面，不会影响测量
B．为减少测量误差，的连线与法线的夹角应尽量小些
C．为了减小作图误差，和的距离应适当取大些
D．界面一定要与平行，否则会有误差
（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。
（3）在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图像如图2所示，从图像可知玻璃砖的折射率等于 。

（4）如图3所示，在实验过程中画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面面到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，则所测得的折射率将 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。

【答案】 C 大 1.5 偏大
【详解】（1）[1]A．手拿光学元器件时切忌用手触摸“工作面”，以防脏污甚至腐蚀光学面造成永久的损坏，故A错误；
B．为减少测量误差，入射角应适当大一些，即的连线与法线的夹角应尽量大些，故B错误：
C．为了减小作图误差，将出射光线确定得更准确些，和的距离应适当取大些，故C正确：
D．测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关，故玻璃的两个光学面不平行，对玻璃折射率的测定结果没有影响，故D错误。
故选C。
（2）[2]如果有几块宽度不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度大的玻璃砖来测量，宽度越大，出射光线的侧位移越大，折射角的测量越准确，故为了减小误差应选用宽度大的玻璃砖来测量。
（3）[3]根据折射率定义公式有
代入数据可得玻璃砖的折射率为
（3）[4]在实验过程中，画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，实际光线如图中的所示，而作图光线如图中OQ所示，导致折射角偏小，所测得的折射率偏大。

4．某同学利用可伸缩万向支架、激光笔和长方体透明水槽测量水的折射率，如图激光笔固定在万向支架上，调节高度和角度，使激光平行于水槽正立面（下图中所示的横截面），从水槽的左上角射入，用记号笔在水槽正立面记下激光在水槽底部的光点A。往水槽内缓慢注入清水，直到水面高度接近水槽高度的一半，用记号笔在水槽正立面记下激光在水槽底部光点B（图中未画出）和水面CD，在水槽正立面用记号笔画直线，连接水槽左上角和A点，相交CD于E点，用刻度尺分别测量EA的长度，EB的长度，水面CD距水槽底部高度h=12.0cm。由此可得：

（1）B点处于A点的 侧（填左、右）。
（2）激光入射角的正弦值sini= （结果保留两位有效数字）。
（3）水的折射率n= （结果保留三位有效数字）。
（4）要使得测量到水的折射率更准确，实验操作可采取的措施有（答一点即可）： 。
【答案】 左 0.80 1.33 保证可伸缩万向支架与透明水槽所处平面水平
【详解】（1）[1]由于激光在水面发生折射，而光从光疏介质射入光密介质时，入射角大于折射角，做出光路图如图所示

可知，B点位于A点的左侧。
（2）[2]根据几何关系可知，激光入射角的正弦值
（3）[3]根据折射定律可知水的折射率为
而
代数数据解得
（4）[4]进行多次测量以减小偶然误差，提高准确度；保证可伸缩万向支架与透明水槽所处平面水平。
5．某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率，实验过程如下：
（1）将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界
（2）①激光笔发出的激光从玻璃砖上的点水平入射，到达面上的点后反射到点射出．用大头针在白纸上标记点、点和激光笔出光孔的位置
②移走玻璃砖，在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作连线的延长线与面的边界交于点，如图（a）所示

③用刻度尺测量和的长度和．的示数如图（b）所示，为 。测得为

（3）利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式 ；由测得的数据可得折射率为 （结果保留3位有效数字）
（4）相对误差的计算式为。为了减小测量的相对误差，实验中激光在点入射时应尽量使入射角 。
【答案】 2.25 1.51 稍小一些
【详解】（2）③[1]刻度尺的最小分度为0.1cm，由图可知，为2.25cm；
（3）[2][3]玻璃砖折射率的表达式
带入数据可知
（4）[4]相对误差的计算式为，为了减小测量的相对误差，实验中要尽量稍大一些，即激光在点入射时应尽量使入射角稍小一些。
6．（1）如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是 。

A．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像
B．为减少测量误差，P1、P2的连线与法线NN'的夹角应尽量小些
C．为了减小作图误差， P3和P4的距离应适当取大些
D．若P1、P2的连线与法线NN'夹角较大时，有可能在bb'面发生全反射，所以在bb'一侧就看不到P1、P2的像
（2）在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示，从图线可知玻璃砖的折射率是 。

【答案】 C 1.5
【详解】（1）[1]A．根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出， 光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射，即使P1、P2的距离较大，通过玻璃砖仍然可以看到P1、P2的像，故A错误；
B．为减少测量误差，入射角应适当大一些，即P1、P2的连线与法线NN'的夹角应尽量大些，故B错误；
C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些，故C正确；
D．由几何知识可知，光线在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，折射光线不会在玻璃砖的下表面发生全反射，故D错误。
故选C。
（2）[2]由折射率公式，得
整理得
根据题图图像代入数据，可得
7．某实验小组要测量某透明液体的折射率，他们找到一个底面直径为d、高为的圆柱形薄玻璃槽，然后给槽内加满某种液体，O为液面的中心，光屏紧贴玻璃槽右侧面竖直放置。

（1）开始时，用一红色激光笔从槽底A点沿方向射出一细光束，光束与液面呈60°角，恰好在光屏上的B点接收到光束，用刻度尺测出B点到槽边缘D点的距离为，则该种液体对红光的折射率 。
（2）若在（1）中改用绿色激光笔照射，其他条件不变，则光斑往B点 （填“正上方”，“正下方”，或“不”）移动。
（3）如果将红色激光笔移动到槽边缘C点，光束仍对准O点射出时，能否在液面上方接收到光束？请说明理由： 。
【答案】 正下方 不能，光束恰好在O点处发生了全反射
【详解】（1）[1]光路如图所示：

，
所以
液体对红光的折射率
（2）[2]因为绿光的折射率大于红光，在液体介质中，入射角相同的情况下，绿光的折射角更大，所以光斑应该向B点正下方移动。
（3）[3]将光源移动到槽边缘C点入射时，设入射角为
可得
恰好发生全反射时
所以
此时入射角，光束恰好在O点处发生了全反射，所以液面上方不能接收到光束。
8．用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处，回答下列问题：

（1）请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图 ；
（2）已经测出AB = l1，OA = l2，S1S2= l3，则折射率n = （用l1、l2、l3表示）；
（3）若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会 （填“变大”，“变小”或“不变”）。
【答案】 变小
【详解】（1）[1]根据题意画出光路图如下图所示

（2）设光线入射角为θ、折射角为α，则在C点根据折射定律有
nsinθ = sinα
由于射入玻璃砖的入射角是射出玻璃砖的折射角，则
S1S2= CB
根据几何关系可知
联立解得
（3）[3]若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则画出光路图如下

可看出S1S2间的距离变小。
9．实验室有一个直角三棱镜，物理小组的同学准备测量它的折射率，实验步骤如下：

（1）在木板上铺一张白纸，将三棱镜放在白纸上并用细线描出三棱镜的轮廓，如图中的实线所示。
（2）在垂直于AB的方向上插上两枚大头针和，在棱镜的BC侧透过三棱镜观察两个大头针，当的像恰好被的像挡住时，插上大头针，使挡住、的像，再插上大头针，使挡住和、的像，移去三棱镜和大头针，大头针在纸上的位置如图所示。
请帮他们完成下列实验内容：
（1）将实验需要的光路图补充完整。
（2）实验小组用量角器量出光线在BC界面发生折射时，入射光线与BC边夹角为、折射光线与BC边夹角为，则三棱镜的折射率 。
（3）若实验中三棱镜的位置发生了微小的平移，如图中虚线所示，则测得的折射率 真实值（选填“大于”“等于”或“小于”）。
【答案】 见解析 小于
【详解】（1）[1]根据实验原理，由折射定律和反射定律，画出光路图，如图所示

（2）[2]根据题意，由折射定律可得，折射率为
（3）[3]若实验中三棱镜的位置发生了微小的平移，实际光路图如图所示

由图可知，测量的角偏小，则测得的折射率小于真实值。
10．（1）小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图甲所示的实验器材，他认为除了量角器外还缺少一种器材，请你写出所缺器材的名称： 。老师将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，透过玻璃砖观察，调整视线方向，插上第四枚大头针P4应使其遮挡住 。

（2）为取得较好的实验效果，下列操作正确的是 。
A．必须选用上下表面平行的玻璃砖
B．选择的入射角应尽量小些
C．大头针应垂直地插在纸面上
D．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些
（3）小朱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，用圆规以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO′延长线于C点，过A点和C点作垂直法线的直线分别交于B点和D点，如图丙所示，若他测得AB=7.5cm，CD=5cm，则可求出玻璃的折射率n= 。
【答案】 刻度尺 P1、P2的像以及P3 CD 1.5
【详解】（1）[1]用插针法测量玻璃砖的折射率时，在实验中需要确定入射角和折射角，所以需要的器材有：玻璃砖一块，大头针四枚，白纸一张，除了量角器外还需要刻度尺；
[2]运用两点一线的原理确定光线方向，观察的这一侧插两枚大头针应使P4挡住P1、P2的像以及P3；
（2）[3]A．测量玻璃的折射率时即使折射玻璃上下表面不平行也能测出折射率，故A错误；
B．选择的入射角应尽量大一些，以减小测量误差，故B错误；
C．大头针应垂直地插在纸面上，防止产生误差，故C正确；
D．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些，可减小确定光线时产生的误差，故D正确；
（3）[4]玻璃的折射率