文档文本内容
高考实验解读与针对性训练
实验21 测量玻璃折射率
【实验解读】
一、教材实验解读
原理与器材
实验操作
注意事项
1.实验原理
通过插针法找出跟入射光
线AO 对应的出射光线
O'B，从而画出折射光线
OO'，测出折射角θ2，再根
据n＝sin θ1
sin θ2
或n＝PN
QN ' ，
计算出玻璃的折射率。
2.实验器材
木板、白纸、玻璃砖、大
头针、图钉、量角器、三
角板、铅笔等。
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MM'。
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'，即折
射光线。
7.用量角器测量入射角θ1 和折
射角θ2，并查出其正弦值sin
θ1和sin θ2。
1.实验时，应尽可
能将大头针竖直插
在纸上，且P1和P2
之间、P3 和P4 之
间、P2 与O、P3 与
O'之间距离要稍大
一些。
2.入射角θ1 不宜太
大(接近90°)，也不
宜太小(接近0°)。
3.操作时手不能触
摸玻璃砖的光洁光
学面，也不能把玻
璃砖界面当作尺子
画界线。
4.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。
1.计算法:算出不同入射角时的n＝sin θ1
sin θ2，并取平均值n。
2.作sin θ1－sin θ2图像:由n＝sin θ1
sin θ2
可知图像应是过原点的直线，如图甲
所示，其斜率为折射率n。
甲 乙
3.“单位圆”法:
如图乙所示，sin θ1＝EH
OE ，sin θ2＝E' H '
OE' ，OE ＝OE' ＝R ，则n
＝sin θ1
sin θ2
＝EH
E' H ' 。
二、拓展创新实验
高考启示
高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景。
因此，要在夯实教材实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中
实验的原理、方法和技巧处理新问题。
器材创新：
长方体玻璃砖改为梯形玻璃砖、三棱柱玻璃砖、半圆形玻璃砖等。
【高考典例】
【典例1】（2025 高考海南卷）测量某半圆形玻璃砖的折射率，操作步骤如下：
I．在白纸上画一条直线，半圆形玻璃砖放白纸上，玻璃砖直径与直线重合，描出直径两端
点
和
，取走玻璃砖，用刻度尺求圆心
点，过
点作
垂线
，放回玻璃砖，将光
屏垂直
贴近玻璃砖
点放置。
II．沿玻璃砖由
向
缓慢移动激光笔，使得入射光线平行纸面且始终沿着半径方向射向圆
心
，从玻璃砖射出的激光在
下方的光屏上恰好消失，记下激光入射点
，取走玻璃
砖，过
点作
的垂线
。
(1)步骤II 中，当激光从
点入射到
点在
面下方光屏上恰好消失时是光的_____。
A．色散现象
B．衍射现象
C．全反射现象
(2)用刻度尺测得
、
，则玻璃砖的折射率
。
【典例2】．（2025 高考福建卷）（6 分）(1)为测糖水的折射率与浓度的关系，设计如下
实验：某次射入激光，测得数据如图，则糖水的折射率为 。
(2)改变糖水浓度，记录数据如表
n
1.3
2
1.3
4
1.3
5
1.3
8
1.4
2
y
（%
）
10
%
20
%
30
%
40
%
50
%
将30%的数据绘图，求得糖水浓度每增加10%，折射率的增加值为 （保留两
位有效数字）。
【典例3】(2024·安徽卷，11)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探
究实验。
(1)为测量玻璃的折射率，按如图甲所示进行实验，以下表述正确的一项是
(选填正确答案标号)。
A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a 和a'
B.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把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大
头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这
样就可以确定出射光线和出射点O2
C.实验时入射角θ1应尽量小一些，以减小实验误差
(2)为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点
入射到空气与玻璃的分界面，保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，
并标记红光和绿光，如图乙所示。此实验初步表明:对于同一种介质，折射率与
光的频率有关。频率大，折射率 (选填“大”或“小”)。
(3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别射入玻璃砖和某透明介
质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1，测得折射角分别为α2、
α3(α2<α3)，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n 玻璃 n 介质(选填“>”
或“<”)。此实验初步表明:对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。
【典例4】 (2024·湖北卷，11)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，
具体步骤如下:
①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线AA'和BB'，交点为O。将半圆柱体
玻璃砖的平直边紧贴AA'，并使其圆心位于O 点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，
如图(a)所示。
②将一细激光束沿CO 方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的
交点M。
③拿走玻璃砖，标记CO 光线与半圆弧的交点P。
④分别过M、P 作BB'的垂线MM'、PP'，M'、P'是垂足，并用米尺分别测量
MM'、PP'的长度x 和y。
⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x 和y 的数据。根据这些数据作出y
－x 图像，如图(b)所示。
(1)关于该实验，下列说法正确的是 (单选，填标号)。
A.入射角越小，误差越小
B.激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差
C.选择圆心O 点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显
(2)根据y－x 图像，可得玻璃砖的折射率为 (保留3 位有效数字)。
(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果
(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【典例5】. （2024 年6 月浙江省物理选考）如图所示，用“插针法”测量一
等腰三角形玻璃砖（侧面分别记为A 和 B、顶角大小为
）
折射率。
①在白纸上画一条直线ab，并画出其垂线cd，交于O 点；
②将侧面A 沿ab 放置，并确定侧面B 的位置ef
③在cd 上坚直插上大头针P1和P2，从侧面B 透过玻璃砖观察P1和P2，插上大头
针P3，要求P3能挡住__________（选填“P1”、“P2”或“P1和P2”）的虚像；
④确定出射光线的位置____________（选填“需要”或“不需要”第四枚大头
针；
⑤撤去玻璃砖和大头针，测得出射光线与直线ef 的夹角为α，则玻璃砖折射率
n=____________________。
【典例6】 （2024 高考湖北卷）某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤
如下：
①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线
和
，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的
平直边紧贴
，并使其圆心位于O 点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图（a）所示。
②将一细激光束沿CO 方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。
③拿走玻璃砖，标记CO 光线与半圆弧的交点P。
④分别过M、P 作BB'的垂线
、
，
、
是垂足，并用米尺分别测量
、
的长度x 和y。
⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x 和y 的数据。根据这些数据作出
图像，
如图（b）所示。
（1）关于该实验，下列说法正确的是_____（单选，填标号）。
A. 入射角越小，误差越小
B. 激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差
C. 选择圆心O 点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显
（2）根据
图像，可得玻璃砖的折射率为_____（保留三位有效数字）。
（3）若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果_____
（填“偏大”“偏小”或“不变”）。
【针对性训练】
1. (2025·河北承德市开学考)如图甲所示，某同学通过实验测定半径为R 的半圆
柱形玻璃砖的折射率n，实验步骤如下:
a.把玻璃砖放到白纸上，使其直径与AB 边重合，圆心与O 点重合
b.取走玻璃砖，画出入射光线和出射光线延长线的交点与圆心O 的连线
c.在水平放置的木板上铺一张白纸，用图钉固定
d.计算每次入射角和折射角的正弦值，建立直角坐标系，作出sin i－sin r 的关
系图线，如图乙所示
e.用激光沿平行于OC 方向射向直径面上的D 点，用插针法确定出射光线通过直
线OC 上的F 点
f.改变激光入射点D 的位置，重复实验
g.用刻度尺和铅笔画一条直线AB，再在合适的位置作AB 的垂线OC，相交于O
点
(1)实验步骤的正确顺序为 。
(2)该半圆柱形玻璃砖的折射率n＝ 。
(3)O、D 两点之间的距离L 与半径R 的比值L
R ＝ 时，恰好没有光线从
球面射出。
2 .(2024·安徽亳州模拟)在“测量玻璃的折射率”实验中:
(1)如图甲，用插针法测量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.为减小测量误差，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.bb'界面一定要与aa'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
值画出的图像如图乙所示，从图像可知玻璃砖的折射率等于 。
(4)如图丙所示，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'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”)。
3 .某同学在利用“插针法”测量一块红色直角三角形玻璃砖的折射率时发现，
由于玻璃的颜色较深，在另一侧很难观测到对侧所插的针，他想到可以用实验
室的红色激光器来完成实验。如图所示，他在木板上固定好白纸，放好玻璃砖，
正确作出了界面MN、MP、NP，然后让很细的激光平行于木板从玻璃砖的上界
面MN 入射。
(1)由于激光很强，不能用眼睛直接观测，该同学通过在木板上插入被激光照亮
的针来确定激光光路，正确的插针顺序应是 。
A.P1、P2、P3、P4
B.P4、P3、P2、P1
C.P1、P2、P4、P3
D.P4、P3、P1、P2
(2)若P1P2与MN 垂直，用量角器量得图中的θ1＝60°，θ2＝30°，则玻璃的折射
率为 。
A.❑√3
B.
❑√3
3
C.2❑√3
3
D.
❑√3
2
(3)若激光器正常发光，平行于MN 从玻璃砖NP 界面垂直射入玻璃砖，如图中
虚线箭头所示。该同学发现在MP 一侧始终找不到出射光线，则原因是
;
该同学在MP 一侧没有找到出射光线，但在MN 一侧找到了出射光线，他依然
用被激光照亮的针确定了激光在MN 一侧的出射光线和NP 一侧的入射光线，则
测量后他 计算出玻璃的折射率(填“能”或“不能”)。
4.(2025·广东大亚湾区联考)某同学测量一半圆形透明玻璃砖的折射率，实验过
程如下:
①用游标卡尺测量玻璃砖的直径d，确定其底面圆心位置并标记在玻璃砖上;
②将玻璃砖放在位于水平桌面并画有直角坐标系Oxy 的白纸上，使其底面圆心
和直径分别与O 点和x 轴重合，将一长直挡板紧靠玻璃砖并垂直于x 轴放置，
如图乙所示;
③用激光器发出激光从玻璃砖外壁始终指向O 点水平射入，从y 轴开始顺时针
缓慢移动激光器，直至恰好没有激光从玻璃砖射出至挡板上y<0 的区域时，在
白纸上记录激光束从玻璃砖外壁入射的位置P。
④取走玻璃砖，过P 点作y 轴的垂线PQ，用刻度尺测量PQ 的长度L。
根据以上步骤，回答下列问题:
(1)测得半圆形玻璃砖直径d 的读数如图甲所示，则d＝ cm。
(2)步骤③中，没有激光射至挡板上y<0 区域的原因是激光束在玻璃砖直径所在
界面处发生了 。
(3)根据以上测量的物理量，写出计算玻璃砖折射率的表达式为n＝ ，
若测得PQ 线段的长度L＝2.00 cm ，计算可得玻璃砖的折射率为n＝
(结果保留3 位有效数字)。
5 .(2025·广东河源市开学考)某实验小组欲测量一段圆柱形玻璃砖的折射率，其
操作步骤如下:
A.将白纸固定在水平桌面上，将圆柱形玻璃砖竖直放在白纸上，用铅笔准确描
出玻璃砖底面圆的轮廓。
B.将底面圆圆周平分为60 等份，并标上相应的数字，如图甲所示，再将玻璃砖
竖直放回图甲中的底面圆轮廓上进行实验。
C.用激光笔发出细束激光，沿平行于圆直径OO'的方向入射，分别准确记录入
射点P 和出射点Q 在圆周上对应的读数N1、N2。
D.改变入射点位置，重复步骤C。
(1)根据圆周上的读数N1、N2 可得，入射角i＝ ，折射角r＝
(以弧度制表示)。
(2)若经过多次测量，作出sin i－sin r 的图像如图乙所示，则玻璃砖的折射率为
n＝ (结果保留3 位有效数字)。
(3)在本实验的操作过程中，若入射光线发生了如图甲中虚线AB 所示的偏离，
则折射率的测量值将 (选填“偏大”或“偏小”)。
6 .实验室有一块长方体透明介质，截面如图中ABCD 所示。AB 的长度为l1，
AD 的长度为l2，且AB 和AD 边透光，而BC 和CD 边不透光，且射到这两个边
的光线均被全部吸收。现让一平行光束以入射角θ1射到AB 面上，经折射后AD
面上有光线射出，甲、乙两同学分别用不同方法测量该长方体介质的折射率。
(1)甲同学的做法是:保持射到AB 面上光线的入射角不变，用遮光板由A 点沿AB
缓慢推进，遮光板前端推到P 时，AD 面上恰好无光线射出，测得AP 的长度为
l3，则长方体介质的折射率可表示为n＝ 。
(2)乙同学的做法是:缓慢调节射到AB 上光线的入射角，使AD 面恰好无光线射
出，测得此时射到AB 面上光线的入射角为θ2，则长方体介质的折射率可表示为
n＝ 。
(3)θ1和θ2的关系为:θ1 θ2(填“<”“>”或“＝”)。
7.在“测量玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作后插好了4 枚大头针，如图甲所示。
（1）下列说法正确的是 ；
A.入射角越大，误差越小
B.在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面
C.实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量
D.判断像与大头针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部
（2）请在图甲中画出完整的光路图；
（3）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＝ （保留三
位有效数字）；
（4）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，经正确操作后插好
了8 枚大头针，如图乙所示。图乙中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 （选填“A”或“B”）。
8.用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖
的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2
的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3
以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O 为两
圆弧圆心，图甲中已画出经P1、P2点的入射光线。
（1）在图甲上补画出所需的光路。
（2）为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图甲中的AB 分界面上标出
这两个角，分别用i 和r 表示。
（3）为了保证光线从弧面CD 上射出，实验过程中，光线在弧面AB 的入射角应适当
（选填“小一些”“无所谓”或“大一些”）。
（4）多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，
画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝ 。
9.（2023·海南高考14 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”）。
10.小明同学为探究光的折射定律设计了如图所示的实验装置，在玻璃水槽中竖直放置的光
屏由E 和F 两个半圆形光屏组成，其竖直方向的直径NOM 为两半圆屏的分界线，其中半圆
形光屏F 可绕直径NOM 在水平方向折转。
（1）实验时，先让光屏E、F 位于同一平面内，一束激光贴着光屏E 沿半径方向从空气斜
射入水中，在光屏F 上 （选填“能”或“不能”）看到折射后的光束；小明将光
屏F 沿逆时针（俯视）方向折转一定角度后，则在光屏F 上 （选填“能”或“不
能”）看到折射光线，这说明折射光线和入射光线 （选填“在”或“不在”）同
一平面内；
（2）小明探究光从水射向空气时，折射角与入射角的关系，测得的数据如下表所示。由表
中数据可知，光从水斜射入空气中时，折射角 （选填“大于”“等于”或“小
于”）入射角。
入射角
22°
32°
41°
折射角
30°
45°
60°
11.（2025·广东河源市开学考）某实验小组欲测定一段圆柱形玻璃砖的折射率，其操作步
骤如下：
a.将白纸固定在水平桌面上，将圆柱形玻璃砖竖直放在白纸上，用铅笔准确描出玻璃砖底
面圆的轮廓。
b.将底面圆圆周平分为60 等份，并标上相应的数字，如图甲所示，再将玻璃砖竖直放回图
甲中的底面圆轮廓上进行实验。
c.用激光笔发出细束激光，沿平行于圆直径OO'的方向入射，分别准确记录入射点P 和出
射点Q 在圆周上对应的读数N1、N2。
d.改变入射点位置，重复步骤c。
（1 ）根据圆周上的读数N1 、N2 可得，入射角i ＝ ，折射角r ＝
。（以弧度制表示）
（2）若经过多次测量，作出sin i-sin r 的图像如图乙所示，则玻璃砖的折射率为n＝
（结果保留三位有效数字）。
（3）在本实验的操作过程中，若入射光线发生了如图甲中虚线AB 所示的偏离，则折射率
的测量值将 （选填“偏大”或“偏小”）。
