高中物理人教版选修3-4练习：第十三章实验 测定玻璃的折射率 知能演练提升 含解析

一、实验目的 测定玻璃的折射率。

二、实验原理用插针法确定光路，找出与入射光线相对应的出射光线，用量角器测入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律计算出玻璃的折射率n ＝sin θ1sin θ2。

三、实验器材长方形玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。

四、实验步骤1．将白纸用图钉钉在木板上，先在白纸上画出一条直线aa′作为界面，过aa′上的一点O 画出界面的法线NN′，并画一条线段AO 作为入射光线。

2．把长方形玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一条边bb′。

3．在线段AO 上竖直地插上两枚大头针P 1、P 2，透过玻璃砖观察大头针P 1、P 2的像，调整视线的方向，直到P 1的像被P 2挡住。

再在观察的这一侧依次插上两枚大头针P 3、P 4，使P 3挡住P 1、P 2的像，P 4挡住P 1、P 2的像及P 3，记下P 3、P 4的位置。

4．移去长方形玻璃砖连接P 3、P 4并延长交bb′于O′，连接O O′即为折射光线，入射角θ1＝∠AON ，折射角θ2＝∠O′ON′。

5．用量角器测出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，将数据填入表格中。

6．改变入射角θ1，重复上述实验步骤。

五、数据处理 1．平均值法算出不同入射角时的比值 sin θ1sin θ2，最后求出在几次实验中所测 sin θ1sin θ2 的平均值，即为玻璃砖的折射率。

2．图象法以sin θ1值为横坐标、以sin θ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示。

描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。

求解图线斜率k ，则k ＝sin θ2sin θ1＝1n ，故玻璃砖折射率n＝1k。

3．作图法在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O 为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO 交于C 点，与OO′(或OO′的延长线)交于D 点，过C 、D 两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图所示。

人教版选修3-4课后作业第十三章光光的反射和折射第2课时实验:测定玻璃的折射率一、选择题1.某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。

如图甲所示,O是圆心,MN是法线,AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。

该同学测得多组入射角i和折射角r,作出sin i-sin r图象如图乙所示。

则()A.光由A经O到B,n=1.5B.光由B经O到A,n=1.5C.光由A经O到B,n=0.67D.光由B经O到A,n=0.672.①“测定玻璃的折射率”的实验中,在白纸上放好平行玻璃砖,aa'和bb'分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图1所示。

在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,用“×”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插入大头针P3和P4。

在插P3和P4时,应使。

图1图2②某同学实验中作出光路图如图2所示,在入射光线上任取一点A,过A点作法线的垂线,B点是垂线与法线的交点。

O点是入射光线与aa'界面的焦点,C点是出射光线与bb'界面的交点,D点为法线与bb'界面的交点。

则实验所用玻璃的折射率n=(用图中线段表示)。

3.用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时,先在白纸上放好圆弧状玻璃砖,在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2;然后在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4,使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图甲所示(O为两圆弧圆心;图中已画出经P1、P2点的入射光线)。

(1)在图上补画出所需的光路;(2)为了测出玻璃的折射率,需要测量入射角θ1和折射角θ2,请在图中的AB分界面上标出这两个角。

(3)多次改变入射角,测得几组入射角和折射角,根据测得的入射角和折射角的正弦值,画出了如图乙所示的图象,由图象可知该玻璃的折射率n=。

实验：测定玻璃的折射率［课时安排］1课时［教学目标］：（一）知识与技能(1)．通过教师的演示，让学生探索出插针法确定光路的方法；(2)．培养学生实验能力和根据实验数据进行分析、归纳、总结的能力；（二）过程与方法（1）用实验的方法测定玻璃的折射率。

（2）通过典型题目的练习，让学生自己在练习过程中学会如何应用折射定律，进而转化为技能技巧，达到熟练掌握的目的。

（3）明确入射光线、出射光线以及折射光线的关系。

（三）情感、态度与价值观体验实验操作的乐趣，提高观察、分析、归纳问题的能力。

养成探究物理规律的良好习惯，提高自身的科学素养。

［教学重点］1．学会用插针法确定光路.2．会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率．3．会用图像法处理数据。

4.会用单位圆的方法处理本实验数据。

5.知道入射光线、出射光线以及折射光线的关系。

［教学难点］：1．学会用插针法确定光路.2．会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率．3．会用图像法处理数据。

4.会用单位圆的方法处理本实验数据。

5.知道入射光线、出射光线以及折射光线的关系。

［教学器材］：塑料板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔、圆规．［教学方法］：实验演示法，多媒体辅助教学［教学过程］课题感应电流的方向教学目标知识①通过实验，探究出折射规律。

总结出测定玻璃折射率的一般规律；②通过教师的引导和讲解使学生领悟折射定律，通过思考得到确定光路的方法。

③能够运用折射定律解决问题。

能力①通过实验教学，进一步培养学生观察实验，分析、归纳、总结规律的能力；②通过从猜测探究方法实验操作等一系列探索过程，培养学生获取知识，发展思维的能力；③培养观察能力、分析推理能力以及创新意识、发明意识等。

情感①通过观察演示实验，和学生探索的过程渗透科学研究的方法，激发学生热爱科学、奋发学习的精神；②探索性实验符合“实践──认识──再实践──再认识”的规律，通过这个实验使学生形成辩证思维的方法和树立实践第一的观点。

高中物理学习材料（鼎尚**整理制作）温馨提示：此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。

知能达标演练1.在“测定玻璃的折射率”的实验中，为了减小实验误差，应该注意的是( )A.玻璃砖的宽度宜大些B.实验时可用玻璃砖代替直尺画折射面，这样比较方便C.大头针应垂直地插在纸面上D.大头针之间的距离应适当大些2.如图为测定玻璃的折射率的实验示意图，对于实验中出现的现象，下列说法正确的是( )A.如果玻璃砖的两折射面平行，则入射光线与出射光线平行B.即使玻璃砖的两折射面不平行，则入射光线与出射光线也平行C.在入射角i不变的情况下出射光线的侧移量与玻璃砖的厚度有关，玻璃砖越厚，侧移量越大D.玻璃的折射率数值与玻璃砖的形状有关3.在“测定玻璃的折射率”的实验中，对一块两面平行的玻璃砖，用插针法找出与入射光线对应的出射光线，现在甲、乙、丙、丁四位同学分别做出如图所示的四组插针结果.(1)从图上看，肯定把大头针插错了的同学是__________.(2)从图上看，测量结果准确度最高的同学是__________.4.用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率，O为玻璃截面的圆心，使入射光线跟玻璃砖平面垂直，如图所示四个图中P1、P2、P3、P4是四个学生实验插针的结果.(1)如图所示四个图中肯定把针插错了位置的是_________.(2)这四个图中可以比较准确地测定折射率的是_________.5.用半圆形玻璃砖测定玻璃折射率的方法如下：(1)把半圆形玻璃砖放在白纸上，定出其圆心O，在白纸上用铅笔描下其直径和圆心位置，让一束光沿与直径垂直的方向穿入玻璃砖的圆弧部分，射到圆心O，如图所示.(2)不改变入射光的方向和位置，让玻璃砖以O点为轴逆时针转动到从玻璃砖平面一侧恰好看不到出射光为止.(3)用铅笔描下此时玻璃砖直径的位置，移去玻璃砖，测出玻璃砖转过的角度β，由β计算出折射率.若已知β＝42°，又查出sin42°＝0.67，则玻璃的折射率n＝________.6.一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银表面光线不能通过.现要测定此玻璃砖的折射率.给定的器材有：白纸、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻度的直角三角板、量角器.实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直.在纸上画出直线aa′和bb′，aa′表示镀银的不透明玻璃表面，bb′表示另一表面，如图所示.然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图).用P1、P2的连线表示入射光线.(1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4，试在题图中标出P3、P4的位置.(2)移去玻璃砖与大头针，试在题图中通过作图方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤.(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式n＝__________.7.某研究小组的同学根据所学光学知识，设计了一个测液体折射率的仪器.如图所示，在一圆盘上过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变；每次测量时让圆盘的BFC 部分竖直浸入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像.同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插位置，就可直接读出液体折射率的值.(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为____.(2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率值大？答：_______.(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为______.答案解析1.【解析】选A、C、D.玻璃砖的宽度大些，折射光线出射时其侧移明显，便于插针和测量，减小误差，A 正确；用玻璃砖代替直尺画折射面，会污染或损坏玻璃砖的折射面，B 错误；大头针之间的距离适当远些，且垂直地插在纸面上，可使出射光线和折射光线定位准确，从而减小实验误差.所以A 、C 、D 正确. 2.【解析】选A 、C.根据在折射中光路的可逆性可知，如果玻璃砖的两折射面平行，则出射光线与入射光线平行，所以A 正确，B 错误.由解析图可知，出射光线与入射光线的侧移量dd sin i r cos r∆=-（），所以在入射角不变的情况下，宽度d 越大，侧移量越大，C 对.折射率是物质的特性与玻璃砖的形状没有关系，D 错.3.【解析】光线透过平行玻璃砖时出射光线与入射光线平行，且从空气射入玻璃砖时入射角大于折射角，因而光线透出时相对于入射光线向右下侧偏移.另外，插针确定光路时，入射角稍大些好且插针相距稍远些好.由图可知，甲、乙图中出射光线向左上侧偏移不符合事实，肯定插错了，丙与丁相比较，前者入射角及插针间距都比丁图小，故丁同学测量最准确. 答案：(1)甲、乙 (2)丁4.【解析】分别连接P 1、P 2和P 3、P 4用以确定入射光线和出射光线的入射点与折射点，并连接该两点，可确定出射光线和玻璃砖内部折射光线，如图所示.由图可知，(1)图A 把针插错了.(2)图B 是r ＝i ＝0的特殊情况，不能测定n ；图D入射角太大接近临界角，使出射光线弱、观察误差大；而图C的入射角适中，所以C比较准确.答案：(1)A (2)C5.【解析】这是利用光的全反射现象测定玻璃折射率的方法.光垂直射向玻璃砖的圆弧部分时光路沿直线传播，射到玻璃砖的平面部分后再折射出来，当入射角i增大到等于某值时刚好没有光线射出，此时的入射角i即玻璃的临界角，也就是玻璃砖平面转过的角度β.由全反射规律得n＝1/sinβ＝1/sin42°＝1.5.答案：1.56.【解析】(1)在bb′一侧观察P1、P2(经bb′折射、aa′反射，再经bb′折射后)的像，在适当位置插上大头针P3，让P3挡住P1、P2的像；再插上大头针P4让它挡住P1、P2的像和P3.P3、P4的位置如图所示.(2)①过P1、P2作直线与bb′交于O；②过P3、P4作直线与bb′交于O′；③利用尺规作图找到OO′的中点M；④过O点作bb′的垂线CD，过M点作bb′的垂线与aa′相交于N点，如图所示，连接ON；⑤量得∠P1OD＝θ1，∠CON=θ2.(3)12sin n sin θθ＝答案：(1)、(2)见解析 (3)12sin sin θθ 7.【解析】这个装置可以说是一个简易的液体折射率测量装置.它的原理还是利用折射定律，只是入射角固定，而折射角的位置被刻好的折射率值所取代，从而可直接读取折射率. (1)由折射定律有 3sin EOP sin60n 1.73sin AOF sin30∠︒∠︒＝＝＝(2)因入射角固定，折射角越大则折射率越大，而折射角∠EOP 3＜∠EOP 4，故P 4对应的折射率大.(3)如果光线经过液体中的P 1、P 2后没有偏折，直射到K 点，则该液体折射率为n ＝1.答案：(1)1.73 (2)P 4 (3)1。

1．测定玻璃的折射率时，为了减小实验误差，应该注意的是( )A ．玻璃砖的宽度宜大些B ．入射角应尽量小些C ．大头针应垂直地插在纸面上D ．大头针P 1和P 2及P 3和P 4之间的距离适当大些解析：玻璃砖宽度宜在5 cm 以上，太小测量误差较大，故A 正确；入射角应适当大一些，但也不宜太大，一般在30°到60°之间较合适，B 错误；大头针要竖直插在纸上，且相互之间的距离要稍大一些，这些都可以减小误差，故C 、D 正确。

答案：ACD2.某同学做测定玻璃折射率实验时，用他测得的多组入射角θ1与折射角θ2，作出sin θ1－sin θ2图象如图13－实－7所示，下列判断中哪些是正确的( )A ．他做实验时，光线是由空气射入玻璃的B ．玻璃的折射率为0.67图13－实－7C ．玻璃的折射率约为1.5D ．玻璃临界角的正弦值为0.67解析：由题图可知入射角大于折射角，光线是由光疏介质射入光密介质，故选项A 正确；任何介质的折射率都大于1，故B 项错；由折射率公式n ＝sin θ1sin θ2，可得n ＝10.67＝1.5，故C 项正确；由临界角的定义公式：sin C ＝1n ，可知D 项正确。

答案：ACD3.由某种透明物体制成的等腰直角棱镜AOB ，两腰都为16 cm ，且两腰与Ox 和Oy 轴都重合，截面如图13－实－8所示，从BO 边的C 点注视A 点，发现A 点的位置在D 点，测出C 点的坐标(0,12)，D 点的坐标为(9,0)，由此可以算出该透明物质的折射率为________。

图13－实－8解析：由题中叙述可知，A 点发出的光线在C 点折射后，反向延长线过D 点，光路图如图所示。

由图可以求得：sin i ＝OC OC 2＋OD 2， sin r ＝OC OC 2＋OA 2，所以：n ＝sin i sin r ＝OC 2＋OA 2OC 2＋OD 2＝122＋162122＋92＝43。

第十三章光习题课:光的折射和全反射课后篇巩固提升1.劣质的玻璃中往往含有空气泡,这些空气泡看上去比较亮,对这一现象有以下不同的解释正确的是( )A.空气泡对光线有会聚作用,因而较亮B.空气泡对光线有发散作用,因而较亮C.从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮D.从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮2.频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后,其光路如图所示。

下列说法正确的是( )A.单色光1的波长小于单色光2的波长B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度C.单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间D.单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角,光1的折射率较大,与光2相比,其波长较小,在玻璃中传播速度较小,临界角较小,通过玻璃的时间较大。

3.在测定玻璃的折射率实验中,已画好玻璃砖界面两直线aa'与bb'后,不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点,如图所示,若其他操作正确,则测得的折射率将( )A.变大B.变小C.不变D.变大、变小均有可能设P1、P2、P3、P4是正确操作所得到的四枚大头针的位置,画出光路图后可知,即使玻璃砖向上平移一些,如图所示,实际的入射角没有改变。

实际的折射光线是O1O1',而现在误把O2O2'作为折射光线,由于O1O1'平行于O2O2',所以折射角没有改变,折射率不变。

4.图甲为光学实验用的长方体玻璃砖,它的面不能用手直接接触。

在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同,且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像,但最后一个针孔的位置不同,分别为d、e两点,如图乙所示。

计算折射率时,用(选填“d”或“e”)点得到的值较小,用(选填“d”或“e”)点得到的值误差较小。

高中物理学习材料（灿若寒星**整理制作）13.1 光的折射和折射（实验：测定玻璃的折射率） 同步练习（人教版选修3-4）1．(2011年福建省南安一中高二检测)如图13－1－23所示，用插针法测定玻璃折射率的实验中，以下说法正确的是( )图13－1－23A ．P 1、P 2及P 3、P 4之间的距离适当大些，可以提高准确度B ．P 1、P 2及P 3、P 4之间的距离取得小些，可以提高准确度C ．入射角θ1适当大些，可以提高准确度D ．入射角太大，折射光线可能会因太弱而使实验无法进行答案：ACD2.某同学做“测定玻璃折射率”实验时，用他测得的多组入射角θ1与折射角θ2，作出sin θ1－sin θ2图象如图13－1－24所示，下列判断中正确的是( )图13－1－24A ．他做实验时，光线是由空气射入玻璃的B ．玻璃的折射率为0.67C ．玻璃的折射率为1.5D ．以上说法均不对解析：选AC.入射角为θ1，折射角为θ2，由折射定律n ＝sin θ1sin θ2＞1知，sin θ1＞sin θ2，光是由空气射入玻璃的，A 正确；从图可知sin θ1＝1时，sin θ2＝0.67有n ＝sin θ1sin θ2＝10.67≈1.5，C 正确．3.某同学用“插针法”做测定玻璃折射率实验时，他的方法和操作步骤都正确无误，但他处理实验记录时，发现玻璃砖的两个光学面aa ′和bb ′不平行，如图13－1－25，则( )图13－1－25A ．P 1P 2与P 3P 4两条直线平行B ．P 1P 2与P 3P 4两条直线不平行C ．他测出的折射率偏大D ．他测出的折射率不受影响解析：选BD.光线由aa ′进入玻璃砖时，由折射定律得n ＝sin θ1sin θ2，光线由bb ′射出玻璃砖时，由折射定律得n ＝sin θ4sin θ3.若aa ′∥bb ′，则有θ3＝θ2，进而有θ1＝θ4，出射光线O ′B 与入射光线AO 平行．若aa ′和bb ′不平行，则有θ3≠θ2，进而有θ1≠θ4，出射光线O ′B 与入射光线AO 不平行，故选项B 正确，A 错误．在用插针法测玻璃的折射率时，只要实验方法正确，光路准确无误，结论必定是正确的，它不会受玻璃砖的形状的影响，选项D 正确，C 错误．4．(2011年重庆高二检测)如图13－1－26，把玻璃砖放在木板上，下面垫一白纸，在白纸上描出玻璃砖的两个边a 和a ′.然后在玻璃砖的一侧插两个大头针A 、B ，AB 的延长线与直线a 的交点为O .眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B 把A 挡住．如果在眼睛这一侧再插第三个大头针C ，使它把A 、B 都挡住，插第四个大头针D ，使它把前三个都挡住，那么后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线．在白纸上描出光线的径迹，要计算玻璃砖的折射率需要测量的物理量是图中的________；为了减小实验误差，入射角应________．(填“大些”或“小些”)图13－1－26解析：根据n ＝sin αsin β分析可知，要计算玻璃砖的折射率需要测量α和β；因角度大一些，测量误差就会小一些，故入射角应大些．答案：α和β 大些5．在利用插针法测定玻璃折射率的实验中：(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa ′和bb ′后，不小心碰了玻璃砖使它向aa ′方向平移了少许，如图13－1－27所示．则他测出的折射率将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)．图13－1－27(2)乙同学在画界面时，不小心将两界面aa ′、bb ′间距画得比玻璃砖宽度大些，如图13－1－28所示，则他测得的折射率将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)．图13－1－28解析：(1)如图甲所示，甲同学利用插针法确定入射光线、折射光线后，测得的入射角、折射角没有受到影响，因此测得的折射率将不变．(2)如图乙所示，乙同学们利用插针法确定入射光线、折射光线后，测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率偏小．答案：(1)不变 (2)偏小6.如图13－1－29所示，一直杆AB 的一部分竖直插入装满某种透明液体的柱形容器中，眼睛从容器的边缘D 斜往下看去，发现直杆A 端经液面反射的像恰好与B 端经液体折射形成的像重合，已知AB ＝6.5 cm ，AC ＝3 cm ，CD ＝5 cm ，该液体的折射率是________．图13－1－29解析：本实验光路图如图所示，则n ＝sin θ2/sin θ1≈1.05.答案：1.057．(2011年北京通州区高二期中)某同学由于没有量角器，他在完成了光路图以后，以O 点为圆心、10.00 cm 为半径画圆，分别交线段OA 于A 点，交OO ′连线的延长线于C 点，过A 点作法线NN ′的垂线AB 交NN′于点B ，过C 点作NN ′的垂线CD 交NN ′于D 点，如图13－1－30所示．用刻度尺量得OB ＝8.00 cm ，CD ＝4.00 cm ，由此可得出玻璃的折射率n ＝________.图13－1－30 解析：由折射定律得n ＝sin ∠AOB sin ∠DOC ＝ABOACD OC＝AB CD＝OA 2－OB2CD ＝102－824＝1.5. 答案：1.58.利用插针法测玻璃的折射率，实验中先将玻璃砖固定在水平桌面的白纸上，画出玻璃砖两侧界面MN 、PQ ，在玻璃砖的一侧插好大头针P 1、P 2后，某同学发现在P 1、P 2的同侧通过玻璃砖在如图13－1－31所示位置也可观察到P 1、P 2的像，于是他在白纸上插大头针P 3，使P 3挡住P 1、P 2的像，同样的方法，他又插下大头针P 4，使P 4挡住P 3以及P 2、P 1的像，取走玻璃砖，画P 1、P 2连线交MN 于O 点，P 4、P 3连线交MN 于O ′点，测出P 1、P 2连线与MN 间的夹角α＝30°，玻璃砖的厚度h ＝2.00 cm ；OO ′两点间的距离l ＝3.00 cm.则玻璃砖的折射率为________．图13－1－31解析：将P 1、P 2所在直线当作入射光线，其光路图如图所示．即光线折射入玻璃砖，射到其下表面后发生反射，反射光又经上表面折射后穿出玻璃砖，由光的反射定律及几何关系知：sin β＝l /2h 2＋l 2＝l 4h 2＋l 2 ＝ 3.002＋2＝35 由折射率定义得，n ＝－αsin β＝1.44. 答案：1.44。