（浙江專版）2023版高考物理大一輪復(fù)習(xí)第十一章機(jī)械振動(dòng)機(jī)械波光電磁波實(shí)驗(yàn)17測(cè)定玻璃的折射率學(xué)案

PAGEPAGE1實(shí)驗(yàn)17測(cè)定玻璃的折射率(加試)[考綱解讀](1)會(huì)確定入射光線和折射光線，會(huì)畫(huà)光路圖。(2)會(huì)計(jì)算折射率和折射率的平均值。(3)知道入射角和折射角的其他確定方法。(4)知道實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因和減小誤差的方法?？记绊氈?.玻璃磚應(yīng)選用厚度、寬度較大的。2.大頭針要插得豎直，且間隔要大些。3.入射角不宜過(guò)大或過(guò)小，一般在15°～75°之間。4.玻璃磚的折射面要畫(huà)準(zhǔn)，不能用玻璃磚界面代替直尺畫(huà)界線。5.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚和白紙的相對(duì)位置不能改變。考點(diǎn)一對(duì)實(shí)驗(yàn)原理與操作的考查1.“測(cè)定玻璃的折射率〞實(shí)驗(yàn)中，在玻璃磚的一側(cè)豎直插兩個(gè)大頭針A、B，在另一側(cè)再豎直插兩個(gè)大頭針C、D。在插入第四個(gè)大頭針D時(shí)，要使它________。如圖是在白紙上留下的實(shí)驗(yàn)痕跡，其中直線a、a′是描在紙上的玻璃磚的兩個(gè)邊。根據(jù)該圖可算得玻璃的折射率n＝________。(計(jì)算結(jié)果保存兩位有效數(shù)字)解析確定出射光線時(shí)應(yīng)使D擋住C和A、B的像，作圖如下圖，以O(shè)為圓心，OO′為半徑作圓交AB于E點(diǎn)，過(guò)E作a的平行線交法線于F，根據(jù)n＝eq\f(sini,sinr)得n＝eq\f(EF,O′P)，測(cè)量EF和O′P長(zhǎng)度得n＝1.8(1.6～1.9均正確，方法亦有多種)。答案擋住C及A、B的像1.8(1.6～1.9都算對(duì))2.某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測(cè)半圓形玻璃磚的折射率。開(kāi)始時(shí)玻璃磚的位置如圖中實(shí)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(dòng)，同時(shí)在玻璃磚直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像，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(shí)，上述現(xiàn)象恰好消失。此時(shí)只需測(cè)量出________，即可計(jì)算出玻璃磚的折射率。請(qǐng)用你的測(cè)量量表示出折射率________。解析由題意可知，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)過(guò)某一角度θ時(shí)，剛好發(fā)生全反射，在直徑邊一側(cè)觀察不到P1、P2的像，作出如下圖的光路圖可知，當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)角度θ時(shí)有n＝eq\f(1,sinθ)。答案玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)的角度θn＝eq\f(1,sinθ)考點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析方法一計(jì)算法通過(guò)測(cè)入射角和折射角，然后查數(shù)學(xué)用表。找出入射角和折射角的正弦值，再代入n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)中求玻璃的折射率。除用此方法之外，還有以下幾種處理數(shù)據(jù)的方法。方法二圖象法根據(jù)折射定律可得n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，因此有sinθ2＝eq\f(1,n)sinθ1。在屢次改變?nèi)肷浣牵瑴y(cè)量相對(duì)應(yīng)的入射角和折射角并計(jì)算它們的正弦值的根底上，以sinθ1值為橫坐標(biāo)、以sinθ2值為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，如下圖。描數(shù)據(jù)點(diǎn)，過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得一條過(guò)原點(diǎn)的直線，求解圖線斜率，設(shè)斜率為k，那么k＝eq\f(1,n)，故玻璃磚折射率n＝eq\f(1,k)。方法三單位圓法在找到入射光線和折射光線以后，以入射點(diǎn)O為圓心，以任意長(zhǎng)為半徑畫(huà)圓，分別與AO交于C點(diǎn)，與OO′(或OO′的延長(zhǎng)線)交于D點(diǎn)，過(guò)C、D兩點(diǎn)分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的長(zhǎng)，如下圖。由于sinθ1＝eq\f(CC′,CO)，sinθ2＝eq\f(DD′,DO)。而CO＝DO，所以折射率n1＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(CC′,DD′)。重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，求得各次折射率的計(jì)算值，然后求其平均值即為玻璃磚折射率的測(cè)量值。1.某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定半圓形玻璃磚的折射率n。如圖甲所示，O是圓心，MN是法線，AO、BO分別表示某次測(cè)量時(shí)光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑。該同學(xué)測(cè)得多組入射角i和折射角r，作出sini－sinr圖象如圖乙所示。那么()A.光由A經(jīng)O到B，n＝1.5B.光由B經(jīng)O到A，n＝1.5C.光由A經(jīng)O到B，n＝0.67D.光由B經(jīng)O到A，n＝0.67解析介質(zhì)折射率的計(jì)算為空氣中的角度和介質(zhì)中角度的正弦值之比，空氣中角度較大，對(duì)應(yīng)正弦值較大，對(duì)應(yīng)圖乙中折射角r，故OA為折射光線，光線從B經(jīng)O到A，由折射率計(jì)算公式得n＝eq\f(sinr,sini)＝eq\f(0.9,0.6)＝1.5，應(yīng)選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤。答案B2.如下圖把玻璃磚放在木板上，下面墊一白紙，在白紙上描出玻璃磚的兩個(gè)邊a和a′。然后在玻璃磚的一側(cè)插兩個(gè)大頭針A、B，AB的延長(zhǎng)線與直線a的交點(diǎn)為O。眼睛在另一側(cè)透過(guò)玻璃磚看兩個(gè)大頭針，使B把A擋住。如果在眼睛這一側(cè)再插第三個(gè)大頭針C，使它把A、B的像都擋住，插第四個(gè)大頭針D，使它把C及A、B的像都擋住，那么后兩個(gè)大頭針就確定了從玻璃磚射出的光線。在白紙上描出光線的徑跡，要計(jì)算玻璃磚的折射率需要測(cè)量的物理量是圖中的________；為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，入射角應(yīng)________(填“大些〞或“小些〞)。解析根據(jù)n＝eq\f(sinα,sinβ)分析可知，要計(jì)算玻璃磚的折射率需要測(cè)量α和β；因角度大一些，測(cè)量誤差就會(huì)小一些，故入射角應(yīng)大些。答案α和β大些3.某同學(xué)利用“插針?lè)è暅y(cè)定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行。正確操作后，作出的光路圖及測(cè)出的相關(guān)角度如下圖。(1)此玻璃的折射率計(jì)算式為n＝______(用圖中的θ1、θ2表示)；(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應(yīng)選用寬度________(填“大〞或“小〞)的玻璃磚來(lái)測(cè)量。解析據(jù)題意可知入射角為(90°－θ1)，折射角為(90°－θ2)，那么玻璃的折射率為n＝eq\f(sin〔90°－θ1〕,sin〔90°－θ2〕)＝eq\f(cosθ1,cosθ2)；玻璃磚越寬，光線在玻璃磚內(nèi)的傳播方向越容易確定，測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確。故應(yīng)選用寬度大的玻璃磚來(lái)測(cè)量。答案(1)eq\f(cosθ1,cosθ2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或\f(sin〔90°－θ1〕,sin〔90°－θ2〕)))(2)大4.如下圖，某同學(xué)用插針?lè)y(cè)定一半圓形玻璃磚的折射率。在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過(guò)圓心O，在玻璃磚(圖中實(shí)線局部)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為分界線，虛線半圓與玻璃磚對(duì)稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn)，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點(diǎn)。(1)設(shè)AB的長(zhǎng)度為l1，AO的長(zhǎng)度為l2，CD的長(zhǎng)度為l3，DO的長(zhǎng)度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測(cè)量__________，那么玻璃磚的折射率可表示為_(kāi)_______。(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(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一小角度，由此測(cè)得玻璃磚的折射率將________(選填“偏大〞“偏小〞或“不變〞)。解析(1)sinθ1＝eq\f(l1,BO)，sinθ2＝eq\f(l3,CO)，因此玻璃的折射率n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq