2014年高考物理復(fù)習(xí) 第12章 實驗14 測定玻璃的折射率訓(xùn)練題 新人教版

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1、 實驗十四　測定玻璃的折射率 考綱解讀1.學(xué)會用插針法確定光路.2.會用玻璃磚和光的折射定律測定玻璃的折射率． 基本實驗要求 1． 實驗原理 如原理圖甲所示，當(dāng)光線AO1以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線AO1對應(yīng)的出射光線O2B，從而求出折射光線O1O2和折射角θ2，再根據(jù)n＝或n＝算出玻璃的折射率． 2． 實驗器材 木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆． 3． 實驗步驟 (1)用圖釘把白紙固定在木板上． (2)在白紙上畫一條直線aa′，并取aa′上的一點O為入射點，作過O點的法線NN′. (3)畫出線段AO作為

2、入射光線，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針． (4)在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊與直線aa′對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb′. (5)眼睛在bb′的一側(cè)透過玻璃磚觀察兩個大頭針并調(diào)整視線方向，使P1的像被P2的像擋住，然后在眼睛這一側(cè)插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P3和P1、P2的像． (6)移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線O′B及出射點O′，連接O、O′得線段OO′. (7)用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2. (8)改變?nèi)肷浣?，重?fù)實驗，算出不同入射角時的，

3、并取平均值． 規(guī)律方法總結(jié) 1． 實驗數(shù)據(jù)處理 (1)計算法：用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角時的，并取平均值． (2)作sin θ1－sin θ2圖象：改變不同的入射角θ1，測出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2圖象，由n＝可知圖象應(yīng)為直線，如實驗原理圖乙所示，其斜率為折射率． (3)“單位圓”法確定sin θ1、sin θ2，計算折射率n. 以入射點O為圓心，以一定的長度R為半徑畫圓，交入射光線OA于E點，交折射光線OO′于E′點，過E作NN′的垂線EH，過E′作NN′的垂線E′H′.如實驗原理圖丙所示，s

4、in θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，則n＝＝.只要用刻度尺量出EH、E′H′的長度就可以求出n. 2． 注意事項 (1)用手拿玻璃磚時，手只能接觸玻璃磚的毛面或棱，不能觸摸光潔的光學(xué)面，嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)尺子畫玻璃磚的另一邊bb′. (2)實驗過程中，玻璃磚在紙上的位置不可移動． (3)大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上，且玻璃磚每兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)大一點，以減小確定光路方向時造成的誤差． (4)實驗時入射角不宜過小，否則會使測量誤差過大，也不宜過大，否則在bb′一側(cè)將看不到P1、P2的像． 考點一　對實驗操作的考查 例1　(2012·浙江理綜·21)

5、在“測定玻璃的折射率”實驗中，某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，如圖1所示． 　 圖1　　　　　　　　　　　　圖2 (1)在圖2中畫出完整的光路圖； (2)對你畫出的光路圖進(jìn)行測量和計算，求得該玻璃磚的折射率n＝________(保留3位有效數(shù)字)． (3)為了觀測光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象，某同學(xué)做了兩次實驗，經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針，如圖3所示．圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和________(填“A”或“B”)． 圖3 解析　(1)分別連接玻璃磚兩側(cè)的大頭針?biāo)诘狞c并延長，與玻璃磚兩平行邊分別相交，標(biāo)出傳播方向，然

6、后連接玻璃磚邊界的兩交點，即為光線在玻璃磚中的傳播方向．光路圖如圖所示． (2)設(shè)方格紙上正方形的邊長為1，光線的入射角為θ1，折射角為θ2，則sin θ1＝＝0.798，sin θ2＝＝0.521 所以該玻璃磚的折射率n＝＝＝1.53 (3)由題圖乙可知，光線P1P2入射到玻璃磚上時，相當(dāng)于光線射到了一個三棱鏡上，因此出射光線將向底邊偏折，所以出射光線過P3和A. 答案　(1)見解析圖　(2)1.53(說明：±0.03范圍內(nèi)都可) (3)A 考點二　對實驗數(shù)據(jù)處理的考查 例2　用三棱鏡做測定玻璃折射率的實驗，先在白紙上放好三棱鏡， 在棱鏡的一側(cè)插入兩枚大頭針P1和P2，然后在

7、棱鏡的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和 圖4 P1、P2的像，在紙上標(biāo)出的大頭針的位置和三棱鏡輪廓如圖4所示． (1)在本題的圖上畫出所需的光路． (2)為了測出棱鏡玻璃的折射率，需要測量的量是________，________，在圖上標(biāo)出它們． (3)用(2)中所測物理量計算折射率的公式是n＝________. 解析　(1)光路圖如圖所示， 畫出通過P1、P2的入射光線，交AC面于O，畫出通過P3、P4的出射光線交AB面于O′，連接OO′，則光線OO′就是入射光線P1P2在三

8、棱鏡中的折射光線． (2)在所畫的圖上注明入射角θ1和折射角θ2，并畫出虛線部分，用量角器量出θ1和θ2(或用直尺測出線段EF、OE、GH、OG的長度)． (3)n＝(或因為sin θ1＝，sin θ2＝，則n＝＝)． 答案　見解析 例3　學(xué)校開展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知 識，設(shè)計了一個測量液體折射率的儀器，如圖5所示．在一圓盤上，過其圓心O作兩條互相垂直的直徑BC、EF，在半徑OA上，垂直盤面插下兩枚大頭針P1、P2，并保持P1、P2位置不變，每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進(jìn)入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)

9、圖5 域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2的像，同學(xué)們通過計算，預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值，則： (1)若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所對應(yīng)的折射率的值為________． (2)圖中P3、P4兩位置哪一處所對應(yīng)的折射率的值大？ 答：________________________________________________________________________. (3)作AO的延長線交圓周于K，K處所對應(yīng)的折射率值應(yīng)為________． 解析

10、　(1)根據(jù)折射定律n＝，題中θ1＝60°，θ2＝∠AOF＝30°，所以n＝＝. (2)圖中P4對應(yīng)的入射角大于P3所對應(yīng)的入射角，所以P4對應(yīng)的折射率大． (3)因A、O、K在一條直線上，入射角等于折射角，所以K處對應(yīng)的折射率應(yīng)為1. 答案　(1)　(2)P4處對應(yīng)的折射率的值大　(3)1 1． 用兩面平行的玻璃磚測定玻璃的折射率的實驗中，已畫好玻璃磚界面 aa′和bb′，若不慎將玻璃磚向上平移了一些，放在圖6所示的位置上，而實驗中其他操作均正確，則測得的折射率將 (　　) A．偏大 B．偏小 C．不變 D．無法確定 圖6 答案　C 解析　經(jīng)過

11、玻璃磚的光路如圖中實線所示，由于所作的玻璃磚分界線不是實際的分界線，而是如圖中虛線所示，由幾何知識可知，測出的折射角與真實的折射角相同． 2. 某同學(xué)做“測定玻璃的折射率”實驗時，用他測得的多組入射角θ1 與折射角θ2作出sin θ1－sin θ2的圖象如圖7所示，下列判斷不正確的是 (　　) A．他做實驗時，研究的是光線從空氣射入玻璃的折射現(xiàn)象 B．玻璃的折射率為0.67 圖7 C．玻璃的折射率為1.5 D．玻璃臨界角的正弦值為0.67 答案　B 解析　由sin θ1－sin θ2圖象可知，＝＝1.5>1，故光是從空氣射入玻璃的，入

12、射角為θ1，A正確．由折射率的定義知n＝1.5，C正確，B錯誤．由臨界角定義知臨界角的正弦值sin C＝＝0.67，D正確． 3． (2012·重慶理綜·22(1))如圖8所示為光學(xué)實驗用的長方體玻璃磚，它的____面不能用手直接接觸． 圖8 在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，兩位同學(xué)繪出的玻璃磚和三個針孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的針正好擋住插在a、b位置的針的像，但最后一個針孔的位置不同，分別為d、e兩點，如圖9所示．計算折射率時，用______(填“d”或“e”)點得到的值較小，用________(填“d”或“e”)點得到的值誤差較?。? 圖9 答案　光學(xué)　d　

13、e　 解析　實驗用的光學(xué)玻璃磚的光學(xué)面不能用手接觸，以防止損壞其光學(xué)面．如圖所示，連接cd、ce并延長分別交玻璃磚于O1、O2點，并連接OO1、OO2，入射角i相同，折射角∠O′OO2<∠O′OO1，由n＝得，折射角越大的，求得的折射率越?。蓤D可得，用d點得到的值較小，而ce與ab近似平行，故用e點得到的值誤差較?。? 4. (2011·天津·9(3))某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的 折射率．開始玻璃磚的位置如圖10中實線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動，同時在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的

14、像，且P2的像擋住P1的像．如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時，上述現(xiàn)象恰好消失．此 圖10 時只須測量出____________，即可計算出玻璃磚的折射率．請用你的測量量表示出折射率n＝________. 答案　玻璃磚直徑邊繞O點轉(zhuǎn)過的角度θ　 解析　“P2擋住P1的像的現(xiàn)象恰好消失”意味著剛好發(fā)生全反射現(xiàn)象，此時玻璃磚內(nèi)光線的入射角恰好等于臨界角C，玻璃磚轉(zhuǎn)過θ，入射光路的法線也轉(zhuǎn)過同樣的角度，入射角θ＝C.根據(jù)n＝得n＝. 5． 如圖11所示，某同學(xué)用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率，在 平鋪的白紙上垂直紙面插上大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心O，在玻璃磚(

15、圖中實線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接OP3.圖中MN為分界面，虛線半圓與玻璃磚對稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點． 圖11 (1)設(shè)AB的長度為l1，AO的長度為l2，CD的長度為l3，DO的長度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量______，則玻璃磚的折射率可表示為____________． (2)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時針轉(zhuǎn)過一小角度，由此測得玻璃磚的折射率將________(填“偏大”、“偏小”或“不變”)． 答案　(1)l1和l3　　(

16、2)偏大 6． 如圖12所示，畫有直角坐標(biāo)系xOy的白紙位于水平桌面上．M 是放在白紙上的半圓形玻璃磚，其底面的圓心在坐標(biāo)原點，直邊與x軸重合．OA是畫在紙上的直線，P1、P2為豎直地插在直線OA上的兩枚大頭針，P3是豎直地插在紙上的第三枚大頭針，α是直線OA與y軸正方向的夾角，β是直線OP3與y軸負(fù)方向的夾 圖12 角．只要直線OA畫得合適，且P3的位置取得正確，測出角α和β，便可求得玻璃的折射率．某學(xué)生在用上述方法測量玻璃的折射率時，在他畫出的直線OA上豎直地插上了P1、P2兩枚大頭針，但在y＜0的區(qū)域內(nèi)，不管眼睛放在何處，都無法透過玻璃磚看到P1、P2的像，他應(yīng)采取的措施是___

17、_____________________．若他已透過玻璃磚看到P1、P2的像，確定P3位置的方法是______________．若他已正確地測得了α、β的值，則玻璃的折射率n＝__________________. 答案　另畫一條更靠近y軸正方向的直線OA，把大頭針P1、P2豎直地插在所畫的直線上，直到在y＜0區(qū)域透過玻璃磚能看到P1、P2的像　豎直插上大頭針P3，使P3剛好能擋住P1、P2的像　 解析　無法看到P1、P2的像是因為OA光線的入射角過大，發(fā)生全反射的緣故．P3能擋住P1、P2的像說明OP3是OA的折射光線． 7． 測定玻璃等腰直角三棱鏡折射率的實驗中，先在白紙上放好三棱

18、 鏡，在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3 圖13 和P1、P2的像，在紙上標(biāo)出的大頭針的位置和三棱鏡輪廓如圖13所示． (1)通過作圖，畫出通過P1、P2的入射光線在棱鏡中的折射光線； (2)如果測得該棱鏡的折射率為1.5，則垂直于AB邊入射的光線能否從BC邊或AC邊射出________(選填“能”或“不能”)． 答案　(1)見解析圖　(2)不能 解析　(1)如圖所示 (2)設(shè)發(fā)生全反射的臨界角為C，則sin C＝＝