高中物理4.2實驗探究測定玻璃的折射率同步練習（含解析）新人教版選修3-4

PAGE第2節(jié)實驗探究：測定玻璃的折射率1．實驗器材有：白紙、圖釘、大頭針、直尺、鉛筆、____________、平木板、____________.2．實驗原理：如圖1所示，用________法找出與入射光線AO對應的出射光線O′B，確定出O′點，畫出折射光線OO′，然后測量出角i和r，根據公式________計算玻璃的折射率．圖13．測定玻璃的折射率時，為了減小實驗誤差，應該注意的是()A．玻璃磚的寬度應大些B．入射角應盡量小些C．大頭針應垂直地插在紙面上D．大頭針G1、G2及G3、G4之間的距離應適當大些4．在“測定玻璃磚的折射率”的實驗中，某人在畫玻璃磚下界面bb′時，上界面與aa′直線離開了一段距離，但aa′與bb′仍然平行，如圖2所示，如果其他操作不變，他測得玻璃磚的折射率比真實值將()圖2A．偏大 B．偏小C．仍然準確 D．以上均有可能概念規(guī)律練知識點一實驗原理1．某同學用插針法測定玻璃磚的折射率．他的實驗方法和操作步驟正確無誤．但他處理實驗記錄時發(fā)現玻璃磚的兩個光學面aa′與bb′不平行，如圖3所示．則下列說法正確的是()圖3A．P1P2與P3P4兩條直線平行B．P1P2與P3P4兩條直線不平行C．他測出的折射率偏大D．他測出的折射率不受影響2．一位同學模仿用玻璃磚測定玻璃折射率方法，改用玻璃三棱鏡測定玻璃的折射率，他的主要步驟如下：A．在白紙上放一玻璃三棱鏡并畫出它的三邊，AB、BC和CA；B．以AB界面畫一條線段DO作為入射光線，并在DO上豎直地插上兩枚大頭針P1和P2；C．在AC的一側豎直地插上大頭針P3時，用眼睛觀察并調整視線使P3同時能擋住P1、P2的像；D．同樣，在AC的一側再豎直地插上大頭針P4時，用眼睛觀察并調整視線使P4同時能擋住P3和P1、P2的像；E．記下P3、P4的位置移去玻璃三棱鏡，過P3、P4引直線O′E與AC交于O′，過O點畫界面AB的法線NN′.圖4你能否根據他的實驗記錄測出玻璃的折射率？若能，請你在圖4上標出入射角和折射角，并用三角函數值表示玻璃的折射率．知識點二實驗步驟3．在用插針法測定玻璃的折射率的實驗中，某同學操作步驟如下：①將記錄光路的白紙鋪放在平木板上；②手拿玻璃磚的毛面或棱，將其輕放在白紙上；③用鉛筆環(huán)繞玻璃磚畫出邊界aa′和bb′；④在aa′上選擇一點O，作為不同入射角的入射光線的共同入射點，畫出入射角i分別為0°、30°、45°的入射光線；⑤用“插針法”分別得到各條入射光線的折射光線，觀察時著重看大頭針針帽是否在一條直線上，取下玻璃磚、大頭針，連接各針孔，發(fā)現所畫折射光線中有兩條相交，量出各個折射角r；⑥按公式分別計算eq\f(sini,sinr)，取三個值的算術平均值．(1)以上步驟中有錯誤或不妥的幾處是_____________________________________________________________________．(2)應改正為：_____________________________________________________________________，________________________________________________________________________，________________________________________________________________________.4．在測定玻璃的折射率實驗中，操作步驟如下：(1)先在白紙上畫出一條直線aa′代表兩種介質的界面，過aa′上的O點畫出界面的法線NN′，并畫一條線段AO作為入射光線．(2)把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟aa′對齊．(3)在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像．調整視線方向，直到P1的像被P2擋住，再在觀察的這一側插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2，P4擋住P1、P2和P3的像，記下P3、P4的位置．(4)移去大頭針和玻璃磚，連接P1、P2作為入射光線，連接P3、P4作為折射光線，測量出入射角i與折射角r，填入表格中．上述操作步驟中存在嚴重的缺漏，應作的補充是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.知識點三數據處理5．某同學由于沒有量角器，他在完成了光路圖后，以O點為圓心，10.00cm為半徑畫圓，分別交線段OA于A點，交線段OO′的延長線于C點，過A點作法線NN′的垂線AB交NN′于B點，過C點作法線NN′的垂線CD交NN′于D點，如圖5所示．用刻度尺量得OB＝8.00cm，CD＝4.00cm，由此可得出玻璃的折射率n＝________.圖56．某同學做測定玻璃折射率實驗時，用他測得的多組入射角i與折射角r作出sini－sinr圖像如圖6所示，下列判斷中正確的是()圖6A．他做實驗時，光線是由空氣射入玻璃的B．他做實驗時，光線是由玻璃射入空氣的C．玻璃的折射率為0.67D．玻璃的折射率為1.5方法技巧練誤差分析的技巧7．在利用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中：(1)甲同學在紙上正確畫出玻璃磚的兩個界面aa′和bb′后，不自覺地碰了玻璃磚使它向aa′方向平移了少許，如圖7所示．則他測出的折射率值將________(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)；圖7圖8(2)乙同學在畫界面時，不自覺地將兩界面aa′、bb′間距畫得比玻璃磚寬度大些，如圖8所示，則他測得折射率________(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)．1．在用兩面平行的玻璃磚測定玻璃折射率的實驗中，其實驗光路如圖9所示，對實驗中的一些具體問題，下列說法正確的是()圖9A．為了減少作圖誤差，C和D的距離應適當取大一些B．為減少測量誤差，A、B連線與法線NN′的夾角應適當大一些C．若A、B的距離較大時，通過玻璃磚會看不到A、B的像D．若A、B連線與法線NN′間夾角過大時，有可能在bb′一側看不清A、B的像2．在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，甲、乙、丙三位同學在紙上畫出的界面aa′、bb′與玻璃磚位置的關系分別如圖10甲、乙、丙所示，其中甲、丙同學用的是矩形玻璃磚，乙同學用的是梯形玻璃磚．他們的其它操作均正確，且均以aa′、bb′為界面畫光路圖．則圖10甲同學測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不變”)乙同學測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不變”)丙同學測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不變”)3．學校開展研究性學習，某研究小組的同學根據所學的光學知識，設計了一個測量液體折射率的儀器，如圖11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)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，同學們通過計算，預先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值，則：圖11(1)若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所對應的折射率的值為________．(2)圖中P3、P4兩位置哪一處所對應的折射率的值大？答：________________________________________________________________________.(3)作AO的延長線交圓周于K，K處所對應的折射率的值應為________．第2節(jié)實驗探究：測定玻璃的折射率答案課前預習練1．玻璃磚量角器2．插針n＝eq\f(sini,sinr)3．ACD4．B[如圖所示，用插針法確定入射光線和折射光線后，入射角不受影響，折射角實際為r，但測量值為r′即變大，由n＝eq\f(sini,sinr)知測得的折射率偏?。甝課堂探究練1．BD[在光線由aa′面進入玻璃磚的折射現象中，由折射定律得n＝eq\f(sinα,sinβ).在光線由bb′射出玻璃磚的折射現象中，由折射定律得n＝eq\f(sinr,sini).若aa′與bb′平行，則i＝β，因此α＝r.此時入射光線AO與出射光線O′B平行．若aa′與bb′平行，則i≠β，因此α≠r.此時入射光線AO與出射光線O′B不平行．選項B正確．在具體測定折射率時，要求實驗方法、光路均準確無誤，折射率的測量值應不受aa′與bb′是否平行的影響，選項D正確．]點評(1)入射光線與出射光線是否平行，取決于玻璃磚兩界面aa′與bb′是否平行．(2)利用插針法確定光的入射點和出射點，從而確定入射光線和折射光線．此方法可適合應用平行玻璃磚、棱鏡、圓柱形玻璃體等．2．能折射角和入射角如下圖所示，玻璃的折射率為n＝eq\f(sini,sinr)3．(1)③④⑤(2)③中應使直尺與玻璃磚的界面對齊，移開玻璃磚后再畫邊界線；④中入射角要取0°以外的三組數據；⑤中大頭針要豎直插牢，觀察時看針腳是否在同一條直線上4．(2)中．缺少“畫出玻璃磚的另一個邊bb′”(4)中“連接P3P4與bb′交于O′，連接OO′，OO′就是玻璃磚內的折射光線”．點評做此類題目，要回憶自己做實驗的過程，特別要注意確定入射光線和折射光線的步驟．5．1.5解析由圖可知sin∠AOB＝eq\f(AB,OA)，sin∠DOC＝eq\f(CD,OC)，OA＝OC＝R，根據n＝eq\f(sini,sinr)知，n＝eq\f(sin∠AOB,sin∠DOC)＝eq\f(AB,CD)＝eq\f(\r(102－82),4)＝1.5.6．AD[此直線斜率k＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(1,0.67)＝1.5，所以研究的光線是從空氣射入玻璃時的折射現象，選項A正確；k也就是折射率n＝1.5，選項D正確．]點評數據處理的方法．(1)計算法：計算每次折射率n，求出平均值eq\x\to(n).(2)圖像法，作sini－sinr圖像，由n＝eq\f(sini,sinr)，可知圖像應為直線，如圖7所示，其斜率為折射率．(3)單位圓法：在不使用量角器的情況下，可以用單位圓法．①以入射點O為圓心，以一定長度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MN的垂線EH，過E′作MN的垂線E′H′，如圖所示．②由圖中關系sini＝eq\f(EH,OE)，sinr＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，則n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(EH,E′H′).只要用刻度尺測出EH、E′H′的長度就可以求出n.7．(1)不變(2)偏小解析(1)如圖甲所示，甲同學利用插針法確定入射光線、折射光線后，測得的入射角、折射角都沒有受到影響，因此測得的折射率將不變．(2)如圖乙所示，乙同學利用插針法確定入射光線、折射光線后，測得的入射角不受影響，但測得的折射角比真實的折射角偏大，因此測得的折射率偏?。椒偨Y這類題目，一般是由于作圖所得的折射角不準確造成折射率的誤差．解答此類問題時，要根據題意畫出實際的光路圖，與實驗中的光路圖比較得出折射角的變化，即可得到準確的答案．課后鞏固練1．ABD[實驗時，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且A和B之間，B與O點之間，C與D之間，C與O′之間距離要稍大一些，入射角i應適當大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大，也不宜太?。甝2．偏小不變可能偏大，可能偏小，可能不變解析用題圖甲測定折射率，玻璃中折射光線偏轉大了，