文档内容
考点 33 实验十三 测定玻璃砖的折射率
1. 3年真题考点分布
题型 实验题
1. 利用插针法测定玻璃砖折射率的基本实验要求；
高考考点
2. 利用插针法测定玻璃砖折射率的数据处理及注意事项；
2023 广东卷11题、海南卷14题、
新高考 2022 无
2021 浙江卷18题、
2. 命题规律及备考策略
【命题规律】近3年新高考卷对于本实验考查共计3次，主要考查：
1. 利用插针法测定玻璃砖折射率的基本实验要求；
2. 利用插针法测定玻璃砖折射率的数据处理及注意事项；
【备考策略】理解并掌握利用插针法测定玻璃砖折射率的基本实验要求，数据处理及注意事项；
【命题预测】本实验近3年新高考地区出现次数偏少，属于新高考中的冷门力学实验，2024年考生对于本
实验花时间不要太多，但最基本的原理，数据处理和误差分析的方法还是必须要掌握的，毕
竟本实验也是高考考纲必考的实验之一。
考法 1 实验基本要求1．实验原理
如图所示，当光线AO以一定的入射角θ 穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应
1
的出射光线O′B，从而求出折射光线OO′和折射角θ，再根据n＝或n＝计算出玻璃的折射率．
2
2．实验器材
木板、白纸、 、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔．
3．实验步骤
(1)用图钉把白纸固定在木板上．
(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P、P 两根大头针．
1 2
(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P 的像被P 的像挡住，然后在眼睛
1 2
这一侧插上大头针P，使P 挡住P、P 的像，再插上P，使P 挡住P 和P、P 的像．
3 3 1 2 4 4 3 1 2
(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P 、P 的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′，连接O、
3 4
O′得线段OO′.
(7)用量角器测量入射角θ 和折射角θ，并查出其正弦值sin θ 和sin θ.
1 2 1 2
(8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的，并取平均值．
【典例1】（2021·浙江·统考高考真题）小明同学在做“测定玻璃的折射率”实验时，发现只有3枚大头针，
他把大头针A、B、C插在如图所示位置，并测出了玻璃的折射率。请在答题纸相应方框中画出光路图，标
出入射角i和折射角r， 并写出折射率n的计算式 。
【变式1】（2024·云南大理·云南省下关第一中学校联考模拟预测）同学们用“插针法”测玻璃的折射率，
如图甲所示。（1）下列说法正确的是 。
A．实验中，可以将玻璃砖界面当尺子画界线
B．为了减小作图误差，大头针 、 和 、 之间的距离应适当大些
C．测梯形玻璃砖、三角形玻璃砖和半圆形玻璃砖的折射率均可用“插针法”
D．若光线的入射角 较大，有可能在 面发生全反射，所以在 一侧就看不到 、 的像
（2）一位同学为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的 比实际向外侧平移了一些（如图乙所示），
其他操作均正确无误，并仍以 和 为折射面画出了光路图，这样测出的折射率将 （填“偏大”、
“偏小”或“不变”）。
（3）一位同学手头有圆规和刻度尺但没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，OA为半径画圆，
交 延长线于C点，过A点和C点作垂直法线的直线，与法线的交点分别为B点和D点，如图丙所示。
用刻度尺测得AB的长度为x，CD的长度为x，则玻璃砖的折射率 （用测量的字母表示）。
1 2
【变式2】（2022·浙江温州·校考模拟预测）某实验小组做“用插针法测定玻璃折射率”的实验。
(1)在白纸上放好平行玻璃砖，aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图所示。在玻璃砖的一侧插上
两枚大头针P 和P ，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P 和
1 2 3
P ，在插P 时，应使P ，在插P 时，应使P ；
4 3 3 4 4
(2)该小组完成了四次实验，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 ；
A． B． C． D．
(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= （图中线段的字母表示）。
考法 2 数据处理及注意事项
1．数据处理
(1)计算法：用量角器测量入射角θ 和折射角θ ，并查出其正弦值sin θ 和sin θ.算出不同入射角时的，并
1 2 1 2
取平均值．
(2)作sin θ －sin θ 图象：改变不同的入射角θ ，测出不同的折射角θ ，作sin θ －sin θ 的图象，由n＝可
1 2 1 2 1 2
知图象应为直线，如图2所示，其斜率为
(3)“单位圆”法确定sin θ、sin θ，计算折射率n.
1 2
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′.如图3所示，sin θ ＝，sin θ ＝，OE＝OE′＝R，则
1 2
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P 与P 间、P 与P 间的距离应大一点，以减小确
1 2 3 4
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P、P 的像.
1 2【典例2】（2023·安徽亳州·蒙城第一中学校考三模）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”）。
【变式1】（2023·黑龙江哈尔滨·哈尔滨三中校考模拟预测）如图所示，某实验小组的同学在“测量玻璃的
折射率”实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，将玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面 和 。O为直线AO与 的交点。在直线AO上竖直地插上 、 两枚大头针。
（1）选出实验接下来要完成的必要步骤并按顺序填写选项前的序号 。
A．在玻璃砖另一侧插上大头针 ，使 仅挡住 的像
B．在玻璃砖另一侧插上大头针 ，使 挡住 的像和 的像
C．在玻璃砖另一侧插上大头针 ，使 仅挡住
D．在玻璃砖另一侧插上大头针 ，使 挡住 、 的像和 的像
（2）过 、 作直线交 于 ，连接 。完成以上步骤后，实验小组内的同学采用不同的方式测量
玻璃的折射率：
①甲同学过O作直线 垂直于 。多次改变入射角 ，测出对应的折射角 ，建立平面直角坐标系，
作图像如图2所示，若图像的斜率表示玻璃的折射率，则图像的y轴、x轴表示的物理量依次为 。
A． 、 B． 、 C． 、 D． 、
②乙同学如图3所示，以O为圆心作圆，与入射光线AO、折射光线 分别交于E、F点，再过E、F点
作 的垂线，垂足分别为G、H点，用刻度尺测得 ， ，则该玻璃砖的折射率数
值为 （计算结果保留三位有效数字）。
（3）一位同学在某次实验中，准确地画好玻璃砖的界面 和 后，不慎将玻璃砖向下平移了一些，如
图4所示，而实验的其他操作均正确，则折射率的测量值 准确值（选填“大于”、“小于”或
“等于”）。
【变式2】（2023·安徽合肥·合肥市第八中学校考模拟预测）如图甲所示，利用“插针法”测定长方体形状
的玻璃砖的折射率（有一个表面镀银，光线不能透过）。实验时，先将玻璃砖平放到水平面内的白纸上，
镀银面与纸面垂直。贴着玻璃砖前后两个面在纸上画出直线aa 和bb，其中bb 侧为镀银面。然后在白
1 2 1 2 1 2
纸上竖直插上两枚大头针P、P。
1 2（1）如图乙，插第四枚大头针P 时，这枚大头针应( )
4
A．只挡住P 只挡住P 和P 的像 B．同时挡住P 和P 的像和P
3 B． 1 2 1 2 3
（2）下列哪些操作有助于减小测量误差( )
A．选用较粗的大头针，以便大头针的像能看得清晰
B．选用宽度适当大一点的玻璃砖
C．P 和P 两针的距离要适当远一点
3 4
（3）某同学在实验时，P 这枚针不小心插得偏右的了一点，此操作会导致折射率的测量值 （选填
4
“偏大”“不变”或“偏小”）。【基础过关】
1．（2023·全国·模拟预测）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甲所示．
（1）此玻璃的折射率计算式为n＝ （用图中的θ、θ 表示）．
1 2
（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）若该同学用他测得的多组入射角i与折射角r，作出sin i－sin r的图像如图乙所示，下列判断不正确
的是 ．
A．他做实验时，研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象
B．玻璃的折射率为0.67
C．玻璃的折射率为1.49
2．（2023·全国·二模）为了测量直角三棱镜的折射率，某实验小组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，接着在垂直于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P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。
（1）将实验需要的光路图补充完整 ；
（2）实验中，在棱镜的BC侧透过三棱镜观察两个大头针，使 的像挡住 的像的目的是
；
（3）实验小组用量角器量出光穿过BC界面的入射角为α、折射角为β，则三棱镜的折射率 ；（4）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”）。
3．（2023·海南·统考模拟预测）某同学做测定玻璃的折射率实验。
（1）实验室提供了图1所示的两块表面平行的玻璃砖A和B，玻璃砖两表面的间距 ，实验时应选
（填“A”或“B”）。
（2）实验步骤如下：
A．如图2，在白纸上放好玻璃砖，描出玻璃砖的两个边a和 ；
B．在玻璃砖的一侧同一直线上插两个大头针 、 ， 所在直线作为入射光线；
C．在另一侧透过玻璃砖观察，依次插上大头针 和 ，插 时，应使 挡住 （填“ ”、“
”、“ 和 ”）的像，同样插上 ， 确定了从玻璃砖射出的光线；
D．在白纸上描出光线的径迹，测量相应的角度，计算玻璃的折射率n。
4．（2023·海南·统考模拟预测）某小组的甲、乙同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，如图1所示。
（1）为了减小实验误差，下列操作正确的是 。
A．必须选择边界平行的玻璃砖
B．选择的入射角应尽量小些
C．没有刻度尺时，可以将玻璃砖界面当尺子画界线
D．大头针 和 之间的距离应适当大些
（2）甲同学手头有圆规和刻度尺但没有量角器，在完成了光路图以后，以 点为圆心， 为半径画圆，
交 延长线于 点，过 点和 点作垂直法线的直线，与法线的交点分别为 点和 点，如图2所示。
用刻度尺测得 的长度为 的长度为 ，则玻璃砖的折射率 （用测量的字母表示）。（3）乙同学正确操作后，在实验中多次改变入射角，测出多组相关角度 ，作出 的图像，
如图3所示，则此玻璃砖的折射率 。
【能力提升】
1．（2023·云南昆明·统考一模）某同学用插针法测量某种材料制成的三棱镜的折射率，主要实验步骤如下：
（1）先在木板上铺一张方格纸，方格纸上的小格子均为正方形，将棱镜放在方格纸上，然后画出棱镜的
界面，如图所示．在棱镜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
棱镜观察，并依次插上大头针 和 ，利用相关实验器材测出棱镜的折射率，下列说法正确的有 ；
A． 只需挡住 的像
B． 挡住 的同时，还要挡住 和 的像
C．该实验除刻度尺外，还必须使用量角器
D．该实验仅需使用刻度尺，无需使用量角器
（2）经正确操作，四枚大头针的位置如图所示，请在图上作出实验光路图 ；
（3）依据光路图，可得该棱镜的折射率为 （计算结果保留3位有效数字）。
2．（2023·湖北·校联考模拟预测）在用“插针法”测量玻璃折射率的实验中：
（1）在“用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率”的实验中，其实验光路图如下图所示，对实验中的一些
具体问题，下列说法正确的是 。
A．为减小作图误差， 和 的距离应适当小一些
B．为减小测量误差， 和 连线与玻璃砖界面法线的夹角应适当取大一些C．为减小误差，应当选用宽度较大的玻璃砖完成实验
D．实验中玻璃砖在纸上的位置不可移动，可用玻璃砖代替尺子画出边界线以固定玻璃砖在纸上的位置
（2）甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面 和 后，不小心碰了玻璃砖使它向 一侧平移了少许，
如图2所示，他随后实验测出的折射率。 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
（3）乙同学在画界面时，不小心将两界面 、 间距画得比玻璃宽度大些（ 仍然与 平行），如
图3所示，他随后实验测得的折射率 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
（4）丙同学在画界面时，不小心将界面 画歪了一些，如图4所示，他随后实验测得的折射率 。
3．（2023·陕西咸阳·统考三模）在“测定玻璃的折射率”实验中：
（1）图甲中某同学在画玻璃砖边界时操作如图甲所示，请指出其不当之处： （写出一点即
可），实验中，已画好玻璃砖边界 后，不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点，如图乙所示，其他操
作正确，则测得玻璃的折射率将 （选填“变大”“不变”或“变小”）。
（2）图丙中，若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可 ；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
（3）图丙实验，若双缝间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第2条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离
为x，则单色光的波长为 。
4．（2023·安徽芜湖·统考二模）在“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好平行玻璃砖，a和a′分
别是玻璃砖与空气的两个界面，如图（a）所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P 和P，然后在另一侧
1 2
透过玻璃砖观察，并插上大头针P，使其挡住P、 P 的像；接着插上大头针P，使其挡住P、P 和P 的
3 2 1 4 3 2 1
像，用“·”表示大头针的位置，这样大头针P、P 就确定了射入玻璃砖的光线。
1 2
（1）根据以上信息，请在图（a）中画出光路图 。
（2）正确做出光路图后，测量a分界面上的入射角i和折射角r。多次改变入射角，测得多组入射角和折
射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图（b）所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率
n= （保留两位有效数字）。（3）如图（c）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a′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，则所测得的折射率将 （填“偏大”“偏
小”或“不变”）。
5．（2023·黑龙江哈尔滨·哈师大附中校考模拟预测）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 。
【真题感知】
1．（2023·广东·统考高考真题）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 。
2．（2023·海南·统考高考真题）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S 处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S 处，回答下列问题：
1 2
（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 = l，OA = l，SS= l，则折射率n = （用l、l、l 表示）；
1 2 1 2 3 1 2 3
（3）若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则SS 间的距离会 （填“变大”，“变小”或“不
1 2
变”）。
