實驗:測定玻璃的折射率 練習(xí) 高中物理新人教版選擇性必修第一冊(2022-2023學(xué)年)_第1頁
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文檔簡介

4.1實驗:測定玻璃的折射率

1.(2022?寧夏石嘴山?高二階段練習(xí))在“測定玻璃的折射率”實驗中,某同學(xué)經(jīng)正確的操作,插好了4枚大

頭針Pi、P2和P3、P4,如圖所示。

①在坐標(biāo)線上畫出完整的光路圖,并標(biāo)出入射角4和折射角%;()

②對你畫出的光路圖進(jìn)行測量,求出該玻璃的折射率〃=(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

【答案】見解析L4

【解析】①根據(jù)題意,畫出完整的光路圖,如圖所示

士=也,sin&=24

②由光路圖,根據(jù)幾何關(guān)系可得sinq

4A/22V22+3.52

根據(jù)折射定律可得,該玻璃的折射率〃=#=乎。1.4

sin%8

2.(2022?云南?丘北縣第一中學(xué)校高二階段練習(xí))用圓弧狀玻璃磚做測定玻璃折射率的實驗時,先在白紙上

放好圓弧狀玻璃磚,在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針Pl、P2,然后在玻璃磚的另一側(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和P4,使P3擋住和P2的像,P4擋住P3

和P2的像,在紙上標(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓如圖所示(O為兩圓弧圓心;圖中已畫出經(jīng)Pl、P2

點的入射光線)。

(1)在圖上補(bǔ)畫出所需的光路圖,為了測出玻璃磚的折射率,需要測量入射角i和折射角》請在圖中標(biāo)

出這兩個角;

(2)用所測物理量計算折射率的公式是;

(3)為了保證在弧面CD得到出射光線,實驗過程中,光線在弧面AB的入射角應(yīng)適當(dāng)________(填“小一

些”、“無所謂”、“大一些”)。

【答案】見解析—小一些

sinr

【解析】(1)標(biāo)出需要測量的入射角i和折射角丫連接Pl、P2表示入射光線,連接P3、P4表示出射光線,

連接兩光線與玻璃磚的交點,即為折射光線,作出光路圖如圖。

(2)根據(jù)折射定律得,玻璃折射率的公式為n=J

sinr

(3)為防止光線在弧面CD發(fā)生全反射,光線在弧面AB的入射角應(yīng)適當(dāng)小一些。

3.(2022?四川省綿陽南山中學(xué)高二期中)在“測定玻璃的折射率”實驗中:

(1)為了取得較好的實驗效果,其中正確的是

A.必須選用上下表面平行的玻璃磚

B.選擇的入射角應(yīng)盡量小些

C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上

D.大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當(dāng)大些

(2)甲同學(xué)在畫界面時,不小心將兩界面aa,和bb,間距畫得比玻璃枝寬度大些,如圖所示,則他測得的折射

率(選填“偏大”“偏小”或“不變”)

--------;—a1

h-----——h'

(3)乙同學(xué)在量入射角和折射角時,由于沒有量角器,在完成了光路圖以后,以O(shè)點為圓心,OA為半徑畫

圓,交00'延長線于C點,過A點和C點作垂直法線的直線分別交于B點和D點,如圖所示,則他只需要

測量某兩條線段的長度即可,就可求出玻璃的折射率11=(用圖中線段的字母表示)。

AB

【答案】CD偏小~CD

【解析】(DA.不必選用上下表面平行的玻璃磚,A錯誤;

B.選擇適當(dāng)?shù)娜肷浣?,B錯誤;

C.為了減小觀察誤差,大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上,C正確;

D.為了減小誤差,大頭針Pi和P2及P3和P4之間的距離適當(dāng)大些,D正確。

故選CD。

(2)甲同學(xué)在畫界面時,不小心將兩界面aa,和bb,間距畫得比玻璃磚寬度大些,入射角i不變,折射角r偏大,

根據(jù)折射定律,"="他測得的折射率偏小;

smr

(3)根據(jù)折射定律得〃=的

sinr

AD

根據(jù)直角三角形得加=不

CD

OC

根據(jù)題意得OA=OC

“”口AB

解得n=CD

4.(2022?四川?雅安中學(xué)高二期中)(1)在測定玻璃的折射率時,實驗室提供了多種形狀的玻璃磚供同學(xué)們

使用,某實驗小組使用兩種不同形狀的玻璃磚進(jìn)行實驗,他們在紙上畫出的界面aa,、bb與玻璃磚位置的關(guān)

系分別如圖①②所示,他們的其他操作均正確,下列說法正確的是

A.學(xué)習(xí)小組沒有量角器和圓規(guī),利用刻度尺和三角板也可以測出玻璃磚的折射率

B.光線從矩形玻磚上表面入射后,再從下表面射出,可能在下表面發(fā)生全反射

C.圖①測得的折射率比真實值小

D.圖②測得的折射率比真實值大

(2)另一個實驗小組使用半圓柱玻璃磚測定玻璃的折射率,他們的操作步驟如下:

A.用毫米刻度尺量出半圓柱玻璃磚的直徑d,然后確定圓心的位置,記在玻璃磚上;

B.在白紙上畫一條直線作為入射光線,并在入射光線上插兩枚大頭針Pi和P2;

C.讓入射光線與玻璃磚的直徑垂直,入射光線經(jīng)過圓心0;

D.以垂直于紙面過圓心O的直線為軸,緩慢逆時針轉(zhuǎn)動玻璃磚,同時調(diào)整視線方向,直到從玻璃磚下方

恰好看不到P2和Pi的像,然后沿半圓柱玻璃磚的直徑畫一條直線AB,過。畫AB的垂線與半圓交于C點,

過圓上的C點作垂直于OPi的直線交OPi于D,如圖所示:

*

①看不到P2和P1的像是因為發(fā)生了;

②只使用毫米刻度尺,且計算簡潔,還需要測量___________(選擇“0D”或“CD”)的長度,記作1;

③玻璃磚的折射率的表達(dá)式n=o

【答案】AC全反射CD*

【解析】(1)

A.在入射光線和折射光線上取兩個離入射點較遠(yuǎn)的點,分別向法線作垂線,用刻度尺量出入射角和折射角

的對邊和斜邊的長度,求出入射角和折射角的正弦值,根據(jù)折射定律求出折射率,故A正確;

B.由于上下表面平行,光線從上表面射入下表面射出,入射角等于出射角且小于90。,則不可能在下表面

發(fā)生全反射,故B錯誤;

C.在圖①中,通過作圖的方法,根據(jù)幾何關(guān)系可知,所得到的光在介質(zhì)中的折射角偏大,則所測得的折射

率偏小,故C正確;

D.在圖②中,只要操作正確,測量結(jié)果與玻璃磚的形狀無關(guān),測得的折射率等于真實值,故D錯誤。故

選AC。

(2)從玻璃磚下方恰好看不到P2和Pl的像,說明沒有光線射出玻璃磚,則P2和P1的像是發(fā)生了全反射。

根據(jù)sinC=L得

n

可知只需要知道臨界角的正弦值就可以得到折射率,即只需要測量出CD的長度1,可得

21

sinC=—

ad

2

則折射率

d

n=一

2/

5.(2022.福建省福州第八中學(xué)高二期中)在“用插針法測玻璃磚折射率”的實驗中,玻璃磚的AC邊與3D邊

相互平行,邊與8邊不平行,如圖所示。

(1)以入射點。為圓心,以R=5cm為半徑畫圓,與入射光線P0交于M點,與折射光線0。的延長線交

于F點,過M、F點分別向法線作垂線,量得肱V=1.68cm,巫=1.12cm,則該玻璃磚的折射率〃=;

(2)下列操作可以減小實驗誤差的是o(填字母代號)

A.適當(dāng)增大大頭針4、£的間距

B.選擇玻璃磚相互平行的兩邊來測量

C.使尸0的入射角接近90°

(3)該同學(xué)突發(fā)其想用兩塊同樣的玻璃直角棱鏡ABC來做實驗,兩者的AC面是平行放置的,插針耳、P2

的連線垂直于AB面,若操作無誤,則在圖中右邊的插針應(yīng)該是0

D.6《

【答案】L5AC

【解析】(1)由圖可知

,MN

sina=-----

R

sinT

R

則折射率

sinaMN,「

n=------=------=1.5

sinBEF

(2)A.大頭針的距離適當(dāng)大一些,相同的距離誤差,引起的角度誤差會減小,因此適當(dāng)增大大頭針片、P2

的間距可以減小實驗誤差,A正確;

B.用插針法測定折射率時,玻璃磚是否平行對實驗誤差沒有影響,B錯誤;

C.為了減小測量誤差,選擇入射角盡量大一些,效果會更好,但不是接近90。,C錯誤;

故選A;

(3)光路圖如圖所示

由光路圖可知,經(jīng)過《、鳥的光線經(jīng)兩塊玻璃磚之間的縫隙后向下偏轉(zhuǎn),射入右側(cè)玻璃磚后平行射出,故

圖中右邊的插針應(yīng)該是心月,C正確;故選C。

6.(2022?北京J01中學(xué)高二期中)在做“測定玻璃的折射率”的實驗中,先在白紙上放好玻璃枝,在玻璃枝

的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2,然后在另一側(cè)透過玻璃磚觀察,插上大頭針P3、P4,使P3擋住Pl、P2的

像,P4擋住P3和Pl、P2的像。如圖所示,和4/分別是玻璃磚與空氣的兩個界面,用“+”表示大頭針的

位置。圖中AO表示經(jīng)過大頭針P1和P2的光線,該光線與界面3,交于。點,MN表示法線。

(1)請將光路圖畫完整,并在圖中標(biāo)出光線進(jìn)入玻璃磚發(fā)生折射現(xiàn)象的入射角4和折射角%;()

(2)該玻璃磚的折射率可表示為n=。(用仇和%表示)

(3)在做“用插針法測玻璃折射率”實驗中,圖中所示直線3'、表示在白紙上畫出的兩個界面。兩位同

學(xué)選擇的器材和操作如下:

A.甲同學(xué)在白紙上正確畫出平行玻璃磚的兩個界面to/與4/后,將玻璃磚垂直于s'方向沿紙面向上平移

了少許,其它操作正確

B.乙同學(xué)在白紙上畫“/、4/兩界面時,其間距比平行玻璃磚兩光學(xué)面的間距稍微小些,其它操作正確

甲同學(xué)測出玻璃磚的折射率與真實值相比。乙同學(xué)測出玻璃磚的折射率與真實值相比O(填“偏

大、偏小、不變”)

(4)對“測定玻璃折射率”的實驗中的一些問題,幾個同學(xué)發(fā)生了爭論,他們的意見如下,其中正確的是

()

A.為了提高測量的精確度,Pl、P2及P3、P4之間的距離應(yīng)適當(dāng)大一些

B.為了提高測量的精確度,入射角應(yīng)適當(dāng)大一些

C.Pi、P2之間的距離的大小及入射角的大小跟測量的精確度無關(guān)

D.如果入射角太大,則反射光過強(qiáng),折射光過弱,不易觀察

(5)如下圖所示,在測量玻璃折射率的實驗中,兩位同學(xué)換了一塊三棱鏡來實驗,先在白紙上放好截面是

正三角形ABC的三棱鏡,并確定AB和AC界面的位置。然后在棱鏡的左側(cè)畫出一條直線,并在線上豎直

插上兩枚大頭針Pi和P2,再從棱鏡的右側(cè)觀察Pi和P2的像。插上大頭針P3,使P3擋住Pi、P2的像,插上

大頭針P4,使P4擋住P3和Pl、P2的像。正確完成上述操作后,在紙上標(biāo)出大頭針P3、P4的位置(圖中己

標(biāo)出)。為測量該種玻璃的折射率,兩位同學(xué)分別用圓規(guī)及刻度尺作出了完整光路和若干輔助線,如圖甲、

乙所示。在圖中能夠僅通過測量ED、FG的長度便可正確計算出折射率的是圖______(選填“甲”或"乙”),

所測玻璃折射率的表達(dá)式n=(用代表線段長度的字母ED、FG表示)。

A,sinED

【答案】見解析^4不變偏大ABD乙

FG

【解析】(1)P3擋住Pl、P2的像,P4擋住P3和Pl、P2的像,則有經(jīng)Pl、P2的光線折射后經(jīng)P3、P4,做出

光路圖,如圖所示,

夫一工一sin4

⑵由折射率公式,可得玻璃磚的折射率

(3)甲同學(xué)將玻璃磚垂直于由‘方向沿紙面向上平移了少許,可知光線的入射角和折射角均不變,所以測

出玻璃磚的折射率與真實值相比不變。

其間距比平行玻璃磚兩光學(xué)面的間距稍微小些,由圖可知,折射角偏小,則折射率偏大,乙同學(xué)測出玻璃

磚的折射率與真實值相比偏大。

(4)A.為了提高測量的精確度,Pl、P2及P3、P4之間的距離應(yīng)適當(dāng)大一些,A正確;

B.為了提高測量的精確度,入射角應(yīng)適當(dāng)大一些,折射角也會大一些,用量角器測量時,可減小相對誤差,

B正確;

C.如果Pi、P2之間的距離太小時,插P3、P4時很容易產(chǎn)生偏差,使相對誤差增大;入射角太小時,折射

角也太小,用量角器測量時,相對誤差較大,c錯誤;

D.因為光是從空氣射入玻璃,光在玻璃中不會產(chǎn)生全反射,如果入射角太大,則反射光會加強(qiáng),折射光會

減弱,不易觀察,D正確。

故選ABD。

(5)由折射率公式可知,在圖乙中可有DO=GO

ED

,DCED

可得"=方

GO

所以測量ED、FG的長度便可正確計算出折射率的是圖乙。

ED

所測玻璃折射率的表達(dá)式"=晉=當(dāng)

?FG

GO

7.(2022?福建寧德?高二期中)林品凡同學(xué)在通過“插針法”測量玻璃的折射本實驗中:

(1)如圖1所示為實驗使用的長方體玻璃磚,實驗時不能用手直接接觸玻璃磚光學(xué)面。

磨砂面

/?光輸/

磨砂面/

圖1圖2圖3

(2)關(guān)于該實驗,有以下操作步驟:

A.擺好玻璃磚,確定玻璃磚上、下邊界a*bb';

B.任意畫出一條入射光線:在光路上插上大頭針Pl、P2;

C.在確定P3、P4位置時,應(yīng)使P3擋住Pl、P2的像,P4擋住.

D.在確定P3、P4位置時,二者距離應(yīng)適當(dāng)__________(選填“近”或"遠(yuǎn)”),以減小誤差。

(3)在圖2中用量角器測量入射光A0與法線MN的夾角角a和其對應(yīng)的折射光與法線MN的夾角p的大

小,則玻璃的折射率n=-

(4)如圖3為該同學(xué)實驗獲得的大頭針位置,請幫助他畫出該實驗完整的光路圖__________(答題卡上作

圖)。

sina

【答案】P3以及Pl、P2的像遠(yuǎn)見解析

sinp

【解析】(1)在確定P3、P4位置時,應(yīng)使P3擋住Pl、P2的像,P4擋住P3以及Pl、P2的像;

折射光線是通過隔著玻璃磚觀察成一條直線確定的,大頭針間的距離太小,引起的角度會較大,故Pl、P2

及P3、P4之間的距離適當(dāng)遠(yuǎn)些,可以提高準(zhǔn)確度

sinCL

(2)玻璃磚折射率為〃=一^

sinp

(3)連接Pl和P2并延長交玻璃磚的上表面與01點,連接P3和P4并延長交玻璃磚的下表面與02點,連

接0102,則0102是光在玻璃內(nèi)的折射光線,作好光路圖如圖所示

8.(2022?云南昭通?高二期中)某同學(xué)利用“插針法”測定玻璃的折射率,所用的玻璃磚兩面平行。正確操作

后,做出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖a所示:

圖a圖b圖c

(1)實驗中某同學(xué)操作不慎,將規(guī)則的玻璃磚傾斜一定角度后,仍準(zhǔn)確記下玻璃磚的四個分界面,如圖b

所示,其他操作完全正確,本次實驗中玻璃磚折射率的測量值與真實值相比(“變大”、“變小”、“不

變,,)

(2)實驗中另一同學(xué)己經(jīng)記錄好了玻璃磚的兩個分界面,由于操作不慎,將玻璃磚的位置稍微向下平行移

動了一小段距離,如圖c所示,其他操作完全正確,本次實驗中玻璃磚折射率的測量值與真實值相比

(“變大”、“變小”“不變”)

(3)利用“插針法”也可以測量不平行玻璃磚的折射率,如圖d所示,玻璃磚ABCD的入射面AB和出射面CD

不平行。對實驗數(shù)據(jù)的處理可采用如下方法,以入射點。為圓心,取一合適的長度為半徑作圓,該圓與入

射光線交于M點,與折射光線OO'的延長線交于F點,過M、F點分別向法線作垂線,其垂足分別為N、

E,現(xiàn)測MN=1.68cm;EF=1.12cm,則該玻璃磚的折射率"=。

【答案】不變不變1.5

【解析】(1)雖然將規(guī)則的玻璃磚傾斜一定角度,但準(zhǔn)確記下玻璃磚的四個分界面,能準(zhǔn)確得到入射光線

與折射光線,因此玻璃磚折射率的測量值與真實值相等;

(2)如圖

,sina

玻璃磚折射率的測量值〃=-^7

sin%

工一一、sin0,

玻璃磚折射率的真實值n=

sin92

從圖中發(fā)現(xiàn)學(xué)是測量時的紅色線與法線夾角,

w=q

比較可得

n'=幾

(3)有幾何關(guān)系有

,八MN

sin"=-----

1R

.cEF

sin%=R

根據(jù)折射率公式

9.(2022?浙江杭州?二模)小明想測量一塊平行玻璃磚的折射率。

①如圖所示,該玻璃磚的A、B面光潔,C、D面粗糙,下列說法正確的是(填字母)。

A.如果A面被磨損會直接影響到折射率的測量

B.B面不宜直接用手去觸碰

C.C面不宜直接用手去觸碰

D.D面邊緣有缺損不會影響到折射率的測量

②經(jīng)過一系列正確的操作(如圖),作圖得到如圖所示的圖樣,并測得A4=40.0mm,AA=20.0mm,

4A=12.8mm,則該玻璃磚的折射率為(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

【解析】①A.玻璃上下表面不平行也能測出折射率,所以如果A面被磨損不會直接影響到折射率的測量,

故A錯誤;

BC.手拿玻璃放時,手只能接觸玻璃磚的粗糙面或棱,不能觸摸光潔的光學(xué)面,故B正確,C錯誤;

D.D面邊緣有缺損不會影響到折射率的測量,故D正確;

②根據(jù)折射定律得〃=亞

sinr

由幾何關(guān)系得向,=等

sinr=

4A4

聯(lián)立可得“二獸小6

A4a

10.(2022?遼寧?一尺和育英高級中學(xué)高二期中)(1)如圖所示,某同學(xué)在“測定玻璃的折射率”的實驗中,先

將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定,玻璃磚平放在白紙上,然后在白紙上確定玻璃磚的界面aa,和bb、。為

直線AO與aa,的交點。在直線AO上豎直地插上Pi、P2兩枚大頭針。下面關(guān)于該實驗的說法正確的是

A.插上大頭針P3,使P3擋住P2和Pl的像

B.插上大頭針P4,使P4擋住P3、P2和Pl的像

C.為了減小作圖誤差,P3和P4的距離應(yīng)適當(dāng)大些

D.為減小測量誤差,Pl,P2的連線與玻璃磚界面的夾角應(yīng)越大越好

E.若將該玻璃磚換為半圓形玻璃成,仍可用此方法測玻璃的折射率

在“測玻璃的折射率”實驗中:

(2)小朱同學(xué)在實驗桌上看到方木板上有一張白紙,白紙上有如圖甲所示的實驗器材,他認(rèn)為除了量角器

外還缺少一種器材,請你寫出所缺器材的名稱:。老師將器材配齊后,他進(jìn)行實驗,圖乙是

他在操作過程中的一個狀態(tài),透過玻璃磚觀察,調(diào)整視線方向,插上第四枚大頭針P4應(yīng)使其遮擋住

(3)為取得較好的實驗效果,下列操作正確的是

A.必須選用上下表面平行的玻璃成

B.選擇的入射角應(yīng)盡量小些

C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上

D.大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當(dāng)大些

(4)小朱同學(xué)在量入射角和折射角時,由于沒有量角器,在完成了光路圖以后,用圓規(guī)以O(shè)點為圓心,

OA為半徑畫圓,交00,延長線于C點,過A點和C點作垂直法線的直線分別交于B點和D點,如圖丙所

示,若他測得AB=7.5cm,CD=5cm,則可求出玻璃的折射率n=。

(5)某同學(xué)在紙上畫出的界面aa

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