第2課時　實驗：測量玻璃的折射率 習(xí)題 高中物理人教版選擇性必修第一冊

光1光的折射第2課時實驗：測量玻璃的折射率1．(2024年海南模擬)某同學(xué)做測定玻璃的折射率實驗．(1)實驗室提供了圖甲所示的兩塊表面平行的玻璃磚A和B，玻璃磚兩表面的間距dA<dB，實驗時應(yīng)選________(填“A”或“B”).(2)實驗步驟如下：A．如圖乙，在白紙上放好玻璃磚，描出玻璃磚的兩個邊a和a′；B．在玻璃磚的一側(cè)同一直線上插兩個大頭針P1、P2，P1P2所在直線作為入射光線；C．在另一側(cè)透過玻璃磚觀察，依次插上大頭針P3和P4，插P3時，應(yīng)使P3擋住______(填“P1”“P2”“P1和P2”)的像，同樣插上P4，P3P4確定了從玻璃磚射出的光線；D．在白紙上描出光線的徑跡，測量相應(yīng)的角度，計算玻璃的折射率n.2．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，如圖甲所示．(1)在圖丙中畫出完整的光路圖．(2)對你畫出的光路圖進行測量和計算，求得該玻璃磚的折射率n＝________(保留三位有效數(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，如圖乙所示．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”).3．(2024年海南模擬)某小組的甲、乙同學(xué)利用“插針法”測定玻璃的折射率，如圖1所示．(1)為了減小實驗誤差，下列操作正確的是________．A．必須選擇邊界平行的玻璃磚B．選擇的入射角應(yīng)盡量小些C．沒有刻度尺時，可以將玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線D．大頭針P1、P2和P3、P4之間的距離應(yīng)適當(dāng)大些(2)甲同學(xué)手頭有圓規(guī)和刻度尺但沒有量角器，在完成了光路圖以后，以O(shè)點為圓心，OA為半徑畫圓，交OO′延長線于C點，過A點和C點作垂直于法線的直線，與法線的交點分別為B點和D點，如圖2所示．用刻度尺測得AB的長度為x1，CD的長度為x2，則玻璃磚的折射率n＝________(用測量的字母表示).(3)乙同學(xué)正確操作后，在實驗中多次改變?nèi)肷浣?，測出多組相關(guān)角度θ1、θ2，作出cosθ2-cosθ1的圖像，如圖3所示，則此玻璃磚的折射率n＝________．4．在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面aa′、bb′與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖①②③所示，其中甲、丙兩同學(xué)用的是矩形玻璃磚，乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚．他們的其他操作均正確，且均以aa′、bb′為界面畫光路圖，則：(1)甲同學(xué)測得的折射率與真實值相比______(填“偏大”“偏小”或“不變”).(2)乙同學(xué)測得的折射率與真實值相比______(填“偏大”“偏小”或“不變”).(3)丙同學(xué)測得的折射率與真實值相比______________．5．(2024年云南一模)某同學(xué)用插針法測量某種材料制成的三棱鏡的折射率，主要實驗步驟如下：(1)先在木板上鋪一張方格紙，方格紙上的小格子均為正方形，將棱鏡放在方格紙上，然后畫出棱鏡的界面，如圖所示．在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，用“?”表示大頭針的位置，然后在另一側(cè)透過棱鏡觀察，并依次插上大頭針P3和P4，利用相關(guān)實驗器材測出棱鏡的折射率，下列說法正確的有______．A．P3只需擋住P2的像B．P4擋住P3的同時，還要擋住P1和P2的像C．該實驗除刻度尺外，還必須使用量角器D．該實驗僅需使用刻度尺，無需使用量角器(2)經(jīng)正確操作，四枚大頭針的位置如圖所示，請在圖上作出實驗光路圖．(3)依據(jù)光路圖，可得該棱鏡的折射率為________(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字).6．某同學(xué)在測定一厚度均勻的圓形玻璃磚的折射率時，先在白紙上作一與圓形玻璃同半徑的圓，圓心為O，將圓形玻璃平放在白紙上，使其邊界與所畫的圓重合．在玻璃的一側(cè)豎直插兩枚大頭針P1和P2，在另一側(cè)再先后插兩枚大頭針P3和P4，使從另一側(cè)隔著玻璃觀察時，大頭針P4、P3和P2、P1的像恰在一條直線上．移去圓形玻璃和大頭針后，得下圖：(1)圖中畫出光線在玻璃內(nèi)外的傳播方向．(2)在光線的入射點作法線，并標(biāo)出光由空氣射入玻璃的入射角i和折射角r；寫出計算玻璃折射率的公式n＝________．(3)若有一個折射率為eq\r(2)的透明玻璃球，讓一束足夠強的細(xì)光束在通過球心的平面內(nèi)以45°入射角由空氣射入玻璃球，則從各方面觀察玻璃球，可以看到________束出射光線．7．(2024年山西一模)如圖所示為某同學(xué)利用插針法測定半圓形玻璃磚折射率的實驗．在一半圓形玻璃磚外面插上P1、P2、P3、P4四枚大頭針時，P3、P4恰可擋住P1、P2所成的像，關(guān)于該實驗：(1)以下說法正確的是()A．P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度B．P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些，可以提高準(zhǔn)確度C．入射角θ適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度D．P1、P2的間距，入射角的大小均與實驗的準(zhǔn)確度無關(guān)(2)該玻璃磚的折射率n＝________．另一同學(xué)將大頭針插在P1′和P2′位置時，沿著P3、P4的方向看不到大頭針的像，其原因可能是__________________________________．答案解析1.【答案】(1)B(2)P1和P2【解析】(1)為了使折射光線的方向畫得較準(zhǔn)確，減小實驗誤差，應(yīng)使入射點與出射點距離稍大一些，則玻璃磚應(yīng)選寬一些的．故選B．(2)在另一側(cè)透過玻璃磚觀察，依次插上大頭針P3和P4，插P3時，應(yīng)使P3擋住P1和P2的像．2.【答案】(1)如圖(2)1.53(±0.03)(3)A【解析】(2)設(shè)方格紙上正方形的邊長為l，光線的入射角為i，折射角為r，則sini＝eq\f(5.3,\r(5.32＋42))＝0.798，sinr＝eq\f(2.2,\r(2.22＋3.62))＝0.521.所以玻璃的折射率n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(0.798,0.521)＝1.53.(3)由圖乙可知，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．3.【答案】(1)D(2)eq\f(x1,x2)(3)1.51【解析】(1)作插針法測定折射率時，玻璃磚上下表面不一定要平行，故A錯誤；為了減小測量的相對誤差，選擇的入射角應(yīng)盡量大些，可減小相對誤差，效果會更好，故B錯誤；沒有刻度尺時，將玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線會增大實驗誤差，故C錯誤；大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當(dāng)大些時，引起的角度誤差會減小，效果會好些，故D正確．(2)根據(jù)題意，由幾何關(guān)系可知sini＝eq\f(AB,OA)＝eq\f(x1,R)，sinr＝eq\f(CD,OC)＝eq\f(x2,R)，則玻璃磚的折射率為n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(x1,x2).(3)根據(jù)題圖1，由折射定律可得，折射率為n＝eq\f(sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)－θ1)),sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)－θ2)))＝eq\f(cosθ1,cosθ2)，整理可得cosθ2＝eq\f(1,n)·cosθ1，結(jié)合cosθ2-cosθ1的圖像可得eq\f(1,n)＝eq\f(0.400,0.604)，解得n＝1.51.4.【答案】(1)偏小(2)不變(3)可能偏大、可能偏小、可能不變【解析】(1)用題圖①測定折射率時，會導(dǎo)致測量的玻璃中折射光線偏折小了，所以折射角增大，折射率減小．(2)用題圖②測折射率時，只要操作正確，折射率與玻璃磚形狀無關(guān)．(3)用題圖③測折射率時，因為界面bb′部分在玻璃磚外側(cè)，部分在內(nèi)側(cè)，故無法確定折射光線偏折的大小，所以測得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不變．5.【答案】(1)BD(2)如圖(3)1.33【解析】(1)實驗的過程中，要先在白紙上放好玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，然后在玻璃磚另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在一側(cè)相繼又插上兩枚大頭針P3和P4，使P3同時擋住P1、P2的像，P4擋住P3及P1、P2的像，故A錯誤，B正確；該實驗僅需使用刻度尺，無須使用量角器，故C錯誤，D正確．(3)根據(jù)折射定律可知需要測量入射角和折射角，運用刻度尺測量出入射角和折射角的正弦值，故折射率為n＝eq\f(sini,sinr)≈1.33.6.【答案】(1)如圖(2)eq\f(sini,sinr)(3)3【解析】(1)連接P1、P2表示入射光線．由題大頭針P4、P3和P2、P1的像恰在一直線上，則P4、P3在出射光線方向上，連接P3、P4表示出射光線．作出P1、P2的連線與圓形玻璃的交點O1，作為入射點，P3、P4的連線與圓形玻璃的交點O2，作為出射點，連接O1O，O2O表示法線，標(biāo)出入射角、折射角，作出光路圖如圖所示．(2)玻璃折射率的公式n＝eq\f(sini,sinr).(3)根據(jù)n＝eq\f(sini,sinr)得sinr＝eq\f(sini,n)＝eq\f(sin45°,\r(2))＝eq\f(1,2)，得r＝30°，光線在玻璃與空氣的界面上，既有折射，又有反射，根據(jù)幾何知識得知，光線進入玻璃磚后有三個反射點，入射角都是30°，有3束出射光線．7.【答案】(1)AC(2)eq\r(3)經(jīng)過P1′、P2′的光線在界面MN處發(fā)生全反射【解析】(1)入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P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度，故A正確，B