高一物理测定玻璃的折射率测试题
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2024全国高考真题物理汇编光的折射一、单选题1.(2024重庆高考真题)某同学设计了一种测量液体折射率的方案。
容器过中心轴线的剖面图如图所示,其宽度为16cm ,让单色光在此剖面内从空气入射到液体表面的中心。
调整入射角,当反射光与折射光垂直时,测出竖直器壁上的反射光点与液体表面的距离h ,就能得到液体的折射率n 。
忽略气壁厚度,由该方案可知()A .若h =4cm ,则nB .若h =6cm ,则�=43C .若54n,则h =10cm D .若32n ,则h =5cm二、实验题2.(2024安徽高考真题)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验.(1)为测量玻璃的折射率,按如图所示进行实验,以下表述正确的一项是________。
(填正确答案标号)A .用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a 和aB .在玻璃砖一侧插上大头针1P 、2P ,眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针,使2P 把1P 挡住,这样就可以确定入射光线和入射点1O 。
在眼睛这一侧,插上大头针�3,使它把1P 、2P 都挡住,再插上大头针�4,使它把1P 、2P 、�3都挡住,这样就可以确定出射光线和出射点2O C .实验时入射角1 应尽量小一些,以减小实验误差(2)为探究介质折射率与光的频率的关系,分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面.保持相同的入射角,根据实验结果作出光路图,并标记红光和绿光,如图乙所示.此实验初步表明:对于同一种介质,折射率与光的频率有关.频率大,折射率(填“大”或“小”)(3)为探究折射率与介质材料的关系,用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质,如图丙、丁所示。
保持相同的入射角1 ,测得折射角分别为2 、 323 ,则玻璃和该介质的折射率大小关系为n 玻璃n介质(填“ ”或“ ”)。
此实验初步表明:对于一定频率的光,折射率与介质材料有关。
3.(2024北京高考真题)某同学测量玻璃的折射率,作出了如图所示的光路图,测出了入射角i 和折射角r ,则此玻璃的折射率n =。
第2节实验探究:测定玻璃的折射率1.实验器材有:白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、____________、平木板、____________.2.实验原理:如图1所示,用________法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B,确定出O′点,画出折射光线OO′,然后测量出角i和r,根据公式________计算玻璃的折射率.图13.测定玻璃的折射率时,为了减小实验误差,应该注意的是( )A.玻璃砖的宽度应大些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G1、G2及G3、G4之间的距离应适当大些4.在“测定玻璃砖的折射率”的实验中,某人在画玻璃砖下界面bb′时,上界面与aa′直线离开了一段距离,但aa′与bb′仍然平行,如图2所示,如果其他操作不变,他测得玻璃砖的折射率比真实值将( )图2A.偏大B.偏小C.仍然准确D.以上均有可能概念规律练知识点一实验原理1.某同学用插针法测定玻璃砖的折射率.他的实验方法和操作步骤正确无误.但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa′与bb′不平行,如图3所示.则下列说法正确的是( )图3A.P1P2与P3P4两条直线平行B.P1P2与P3P4两条直线不平行C.他测出的折射率偏大D.他测出的折射率不受影响2.一位同学模仿用玻璃砖测定玻璃折射率方法,改用玻璃三棱镜测定玻璃的折射率,他的主要步骤如下:A .在白纸上放一玻璃三棱镜并画出它的三边,AB 、BC 和CA ;B .以AB 界面画一条线段DO 作为入射光线,并在DO 上竖直地插上两枚大头针P 1和P 2;C .在AC 的一侧竖直地插上大头针P 3时,用眼睛观察并调整视线使P 3同时能挡住P 1、P 2的像;D .同样,在AC 的一侧再竖直地插上大头针P 4时,用眼睛观察并调整视线使P 4同时能挡住P 3和P 1、P 2的像;E .记下P 3、P 4的位置移去玻璃三棱镜,过P 3、P 4引直线O ′E 与AC 交于O ′,过O 点画界面AB 的法线NN ′.图4你能否根据他的实验记录测出玻璃的折射率?若能,请你在图4上标出入射角和折射角,并用三角函数值表示玻璃的折射率.知识点二 实验步骤3.在用插针法测定玻璃的折射率的实验中,某同学操作步骤如下: ①将记录光路的白纸铺放在平木板上;②手拿玻璃砖的毛面或棱,将其轻放在白纸上; ③用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa ′和bb ′;④在aa ′上选择一点O ,作为不同入射角的入射光线的共同入射点,画出入射角i 分别为0°、30°、45°的入射光线;⑤用“插针法”分别得到各条入射光线的折射光线,观察时着重看大头针针帽是否在一条直线上,取下玻璃砖、大头针,连接各针孔,发现所画折射光线中有两条相交,量出各个折射角r ;⑥按公式分别计算sin isin r,取三个值的算术平均值.(1)以上步骤中有错误或不妥的几处是_____________________________________________________________________. (2)应改正为:_____________________________________________________________________, ________________________________________________________________________, ________________________________________________________________________. 4.在测定玻璃的折射率实验中,操作步骤如下:(1)先在白纸上画出一条直线aa ′代表两种介质的界面,过aa ′上的O 点画出界面的法线NN ′,并画一条线段AO 作为入射光线.(2)把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa ′对齐.(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.调整视线方向,直到P 1的像被P 2挡住,再在观察的这一侧插两枚大头针P 3、P 4,使P 3挡住P 1、P 2,P 4挡住P 1、P 2和P 3的像,记下P 3、P 4的位置.(4)移去大头针和玻璃砖,连接P 1、P 2作为入射光线,连接P 3、P 4作为折射光线,测量出入射角i 与折射角r ,填入表格中.上述操作步骤中存在严重的缺漏,应作的补充是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.知识点三数据处理5.某同学由于没有量角器,他在完成了光路图后,以O点为圆心,10.00 cm为半径画圆,分别交线段OA于A点,交线段OO′的延长线于C点,过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于B点,过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于D点,如图5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56.某同学做测定玻璃折射率实验时,用他测得的多组入射角i与折射角r作出sin i-sin r图像如图6所示,下列判断中正确的是( )图6A.他做实验时,光线是由空气射入玻璃的B.他做实验时,光线是由玻璃射入空气的C.玻璃的折射率为0.67D.玻璃的折射率为1.5方法技巧练误差分析的技巧7.在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中:(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa′和bb′后,不自觉地碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许,如图7所示.则他测出的折射率值将________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”);图7图8(2)乙同学在画界面时,不自觉地将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些,如图8所示,则他测得折射率________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”).1.在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中,其实验光路如图9所示,对实验中的一些具体问题,下列说法正确的是( )图9A.为了减少作图误差,C和D的距离应适当取大一些B.为减少测量误差,A、B连线与法线NN′的夹角应适当大一些C.若A、B的距离较大时,通过玻璃砖会看不到A、B的像D.若A、B连线与法线NN′间夹角过大时,有可能在bb′一侧看不清A、B的像2.在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图10甲、乙、丙所示,其中甲、丙同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖.他们的其它操作均正确,且均以aa′、bb′为界面画光路图.则图10甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)丙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)3.学校开展研究性学习,某研究小组的同学根据所学的光学知识,设计了一个测量液体折射率的仪器,如图11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下半部分竖直进入液体中,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所插的位置,就可直接读出液体折射率的值,则:图11(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的值大?答:________________________________________________________________________.(3)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率的值应为________.第2节实验探究:测定玻璃的折射率答案课前预习练1.玻璃砖 量角器 2.插针 n =sin isin r3.ACD 4.B课堂探究练 1.BD点评 (1)入射光线与出射光线是否平行,取决于玻璃砖两界面aa′与bb′是否平行.(2)利用插针法确定光的入射点和出射点,从而确定入射光线和折射光线.此方法可适合应用平行玻璃砖、棱镜、圆柱形玻璃体等.2.能 折射角和入射角如下图所示,玻璃的折射率为n =sin isin r3.(1)③④⑤(2)③中应使直尺与玻璃砖的界面对齐,移开玻璃砖后再画边界线;④中入射角要取0°以外的三组数据;⑤中大头针要竖直插牢,观察时看针脚是否在同一条直线上4.(2)中.缺少“画出玻璃砖的另一个边bb′”(4)中“连接P 3P 4与bb′交于O′,连接OO′,OO′就是玻璃砖内的折射光线”.点评 做此类题目,要回忆自己做实验的过程,特别要注意确定入射光线和折射光线的步骤.5.1.5解析 由图可知sin ∠AOB=AB OA ,sin ∠DOC=CD OC ,OA =OC =R ,根据n =sin i sin r知,n =sin ∠AOB sin ∠DOC =AB CD =102-824=1.5.6.AD点评 数据处理的方法.(1)计算法:计算每次折射率n ,求出平均值n .(2)图像法,作sin i -sin r 图像,由n =sin isin r ,可知图像应为直线,如图7所示,其斜率为折射率.(3)单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用单位圆法. ①以入射点O 为圆心,以一定长度R 为半径画圆,交入射光线OA 于E 点,交折射光线OO′于E′点,过E 作MN 的垂线EH ,过E′作MN 的垂线E′H′,如图所示.②由图中关系sin i =EH OE ,sin r =E′H′OE′,OE =OE′=R ,则n =sin i sin r =EHE′H′.只要用刻度尺测出EH 、E′H′的长度就可以求出n.7.(1)不变 (2)偏小解析 (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、折射角都没有受到影响,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.方法总结 这类题目,一般是由于作图所得的折射角不准确造成折射率的误差.解答此类问题时,要根据题意画出实际的光路图,与实验中的光路图比较得出折射角的变化,即可得到准确的答案.课后巩固练 1.ABD2.偏小 不变 可能偏大,可能偏小,可能不变解析 用题图甲测定折射率,玻璃中折射光线偏转大了,所以折射角增大,折射率减小;用题图乙测折射率时,只要操作正确,与玻璃砖形状无关;用题图丙测折射率时,无法确定折射光线偏折的大小,所以测得的折射率可大、可小、可不变.3.(1)1.73 (2)P4对应的折射率大(3)1解析(1)根据折射定律n=sin isin r,题中i=60°,r=∠AOF=30°,所以n=sin 60°sin 30°=1.73.(2)图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角,所以P4对应的折射率大.(3)因A、O、K在一条直线上,入射角等于折射角,所以K处对应的折射率应为1.。
高中物理《光学实验》练习题(附答案解析)学校:___________姓名:___________班级:__________一、单选题1.在做“测定玻璃的折射率”的实验中,如果使用的玻璃砖的两个表面aa′、bb′明显不平行,则对其他做法都正确的情况下,所测得的折射率将()A.偏大B.偏小C.不变D.无法确定2.在双缝干涉实验中,设单缝宽度为h,双缝距离为d,双缝与屏的距离为l,当采取下列四组数据中的哪一组时,可在光屏上观察到清晰可辨的干涉条纹( )A.h=1cm,d=0.1mm,l=1mB.h=1mm,d=0.1mm,l=10cmC.h=1mm,d=10cm,l=1mD.h=1mm,d=0.1mm,l=1m3.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,光源与屏之间应依次放置()A.单缝、滤光片、双缝B.滤光片、单缝、双缝C.滤光片、双缝、单缝D.双缝、单缝、滤光片4.“测定玻璃的折射率”的实验中,在白纸上放好玻璃砖,aa'和bb'分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图所示,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针1P和2P,用“+”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插上大头针3P和4P,在插3P和4P时,应使()A.3P只挡住1P的像B.4P只挡住2P的像C.3P同时挡住1P、2P的像5.如图所示为双缝干涉的实验装置,图中有四个光学元件的名称空缺,关于它们的名称正确的是()A.①单缝②滤光片③双缝B.①滤光片②双缝③遮光筒C.②凸透镜③双缝④遮光筒D.①凸透镜②单缝③双缝6.利用如图所示的装置研究双缝干涉现象并测量光的波长时,下列说法中不正确...的是()A.实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝B.将绿色滤光片换成红色滤光片,干涉条纹间距变大C.将单缝向双缝移动一小段距离后,干涉条纹间距不变D.减小实验中的双缝间距,目镜中的条纹数会增加7.对于以下的光学现象说法中正确的是()A.图甲是双缝干涉示意图,若只增大两个狭缝1S、2S间的距离d,相邻亮条纹间距离x将增大B.图乙是单色光单缝衍射实验现象,若在狭缝宽度相同情况下,上图对应光的波长较短C.图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样,弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的D.图丁中的P、Q是偏振片,当P固定不动,缓慢转动Q时,光屏上的光亮度将一明一暗交替变化,此现象表明光波是纵波8.在杨氏双缝干涉实验中,如果不用激光光源而用一般的单色光源,为了完成实验可在双缝前边加一单缝获得线光源,如图所示,在用单色光做双缝干涉实验时,若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动,则()A.不再产生干涉条纹B.仍可产生干涉条纹,且中央亮纹P的位置不变C.仍可产生干涉条纹,中央亮纹P的位置略向上移D.仍可产生干涉条纹,中央亮纹P的位置略向下移二、多选题9.某同学在做双缝干涉实验时,安装好实验装置,在光屏上却观察不到干涉图样,这可能是由于()A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,相差较大B.滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度C.单缝与双缝不平行D.光源发出的光束太强10.如图所示,在用玻璃砖测定玻璃折射率的实验中,如果所用的玻璃砖ABCD的上表面AB和下表面CD不严格平行(AD略大于BC),下列说法中正确的是()A.用此玻璃砖做实验,画出的折射光线c和相应的入射光线a不再平行,因此对实验结果产生系统误差B.用此玻璃砖做实验,画出的折射光线c和相应的入射光线a不再平行,但不会因此对实验结果产生影响C.沿着从纸外向纸里的方向看,射出光线c相对于入射光线a有顺时针方向的微小偏转D.沿着从纸外向纸里的方向看,射出光线c相对于入射光线a有逆时针方向的微小偏转11.在用双缝干涉测量单色光的波长实验中,做好如丙图所示调整后,在单缝与光源之间放上红色滤光片就可见到红光的双缝干涉图样。
第四章光1光的折射第2课时实验:测量玻璃的折射率1.(2024年海南模拟)某同学做测定玻璃的折射率实验.(1)实验室提供了图甲所示的两块表面平行的玻璃砖A和B,玻璃砖两表面的间距d A<d B,实验时应选________(填“A”或“B”).(2)实验步骤如下:A.如图乙,在白纸上放好玻璃砖,描出玻璃砖的两个边a和a′;B.在玻璃砖的一侧同一直线上插两个大头针P1、P2,P1P2所在直线作为入射光线;C.在另一侧透过玻璃砖观察,依次插上大头针P3和P4,插P3时,应使P3挡住______(填“P1”“P2”“P1和P2”)的像,同样插上P4,P3P4确定了从玻璃砖射出的光线;D.在白纸上描出光线的径迹,测量相应的角度,计算玻璃的折射率n.2.在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图甲所示.(1)在图丙中画出完整的光路图.(2)对你画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=________(保留三位有效数字).(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图乙所示.图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(填“A”或“B”).3.(2024年海南模拟)某小组的甲、乙同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,如图1所示.(1)为了减小实验误差,下列操作正确的是________.A.必须选择边界平行的玻璃砖B.选择的入射角应尽量小些C.没有刻度尺时,可以将玻璃砖界面当尺子画界线D.大头针P1、P2和P3、P4之间的距离应适当大些(2)甲同学手头有圆规和刻度尺但没有量角器,在完成了光路图以后,以O点为圆心,OA为半径画圆,交OO′延长线于C点,过A点和C点作垂直于法线的直线,与法线的交点分别为B点和D点,如图2所示.用刻度尺测得AB的长度为x1,CD的长度为x2,则玻璃砖的折射率n=________(用测量的字母表示).(3)乙同学正确操作后,在实验中多次改变入射角,测出多组相关角度θ1、θ2,作出cos θ2-cos θ1的图像,如图3所示,则此玻璃砖的折射率n=________.4.在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图①②③所示,其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖.他们的其他操作均正确,且均以aa′、bb′为界面画光路图,则:(1)甲同学测得的折射率与真实值相比______(填“偏大”“偏小”或“不变”).(2)乙同学测得的折射率与真实值相比______(填“偏大”“偏小”或“不变”).(3)丙同学测得的折射率与真实值相比______________.5.(2024年云南一模)某同学用插针法测量某种材料制成的三棱镜的折射率,主要实验步骤如下:(1)先在木板上铺一张方格纸,方格纸上的小格子均为正方形,将棱镜放在方格纸上,然后画出棱镜的界面,如图所示.在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2,用“•”表示大头针的位置,然后在另一侧透过棱镜观察,并依次插上大头针P3和P4,利用相关实验器材测出棱镜的折射率,下列说法正确的有______.A.P3只需挡住P2的像B.P4挡住P3的同时,还要挡住P1和P2的像C.该实验除刻度尺外,还必须使用量角器D.该实验仅需使用刻度尺,无需使用量角器(2)经正确操作,四枚大头针的位置如图所示,请在图上作出实验光路图.(3)依据光路图,可得该棱镜的折射率为________(计算结果保留3位有效数字).6.某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃砖的折射率时,先在白纸上作一与圆形玻璃同半径的圆,圆心为O,将圆形玻璃平放在白纸上,使其边界与所画的圆重合.在玻璃的一侧竖直插两枚大头针P1和P2,在另一侧再先后插两枚大头针P3和P4,使从另一侧隔着玻璃观察时,大头针P4、P3和P2、P1的像恰在一条直线上.移去圆形玻璃和大头针后,得下图:(1)图中画出光线在玻璃内外的传播方向.(2)在光线的入射点作法线,并标出光由空气射入玻璃的入射角i和折射角r;写出计算玻璃折射率的公式n=________.(3)若有一个折射率为2的透明玻璃球,让一束足够强的细光束在通过球心的平面内以45°入射角由空气射入玻璃球,则从各方面观察玻璃球,可以看到________束出射光线.7.(2024年山西一模)如图所示为某同学利用插针法测定半圆形玻璃砖折射率的实验.在一半圆形玻璃砖外面插上P1、P2、P3、P4四枚大头针时,P3、P4恰可挡住P1、P2所成的像,关于该实验:(1)以下说法正确的是( )A .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θ适当大些,可以提高准确度D .P 1、P 2的间距,入射角的大小均与实验的准确度无关(2)该玻璃砖的折射率n =________.另一同学将大头针插在P 1′和P 2′位置时,沿着P 3、P 4的方向看不到大头针的像,其原因可能是__________________________________.答案解析1.【答案】(1)B (2)P 1和P 2【解析】(1)为了使折射光线的方向画得较准确,减小实验误差,应使入射点与出射点距离稍大一些,则玻璃砖应选宽一些的.故选B .(2)在另一侧透过玻璃砖观察,依次插上大头针P 3和P 4,插P 3时,应使P 3挡住P 1和P 2的像.2.【答案】(1)如图 (2)1.53(±0.03) (3)A【解析】(2)设方格纸上正方形的边长为l ,光线的入射角为i ,折射角为r ,则sin i =5.35.32+42=0.798,sin r = 2.22.22+3.62=0.521.所以玻璃的折射率n =sin i sin r =0.7980.521=1.53. (3)由图乙可知,光线P 1P 2入射到玻璃砖上时,相当于光线射到了一个三棱镜上,因此出射光线将向底边偏折,所以出射光线过P 3和A . 3.【答案】(1)D (2)x 1x 2(3)1.51【解析】(1)作插针法测定折射率时,玻璃砖上下表面不一定要平行,故A 错误;为了减小测量的相对误差,选择的入射角应尽量大些,可减小相对误差,效果会更好,故B 错误;没有刻度尺时,将玻璃砖界面当尺子画界线会增大实验误差,故C 错误;大头针P 1和P 2及P 3和P 4之间的距离适当大些时,引起的角度误差会减小,效果会好些,故D 正确.(2)根据题意,由几何关系可知sin i =AB OA =x 1R, sin r =CD OC =x 2R, 则玻璃砖的折射率为n =sin i sin r =x 1x 2. (3)根据题图1,由折射定律可得,折射率为n =sin ⎝⎛⎭⎫π2-θ1sin ⎝⎛⎭⎫π2-θ2=cos θ1cos θ2, 整理可得cos θ2=1n·cos θ1, 结合cos θ2-cos θ1 的图像可得1n =0.4000.604, 解得n =1.51.4.【答案】(1)偏小 (2)不变 (3)可能偏大、可能偏小、可能不变【解析】(1)用题图①测定折射率时,会导致测量的玻璃中折射光线偏折小了,所以折射角增大,折射率减小.(2)用题图②测折射率时,只要操作正确,折射率与玻璃砖形状无关.(3)用题图③测折射率时,因为界面bb ′部分在玻璃砖外侧,部分在内侧,故无法确定折射光线偏折的大小,所以测得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不变.5.【答案】(1)BD (2)如图 (3)1.33【解析】(1)实验的过程中,要先在白纸上放好玻璃砖,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P 1和P 2,然后在玻璃砖另一侧观察,调整视线使P 1的像被P 2的像挡住,接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P 3和P 4,使P 3同时挡住P 1、P 2的像,P 4挡住P 3及P 1、P 2的像,故A 错误,B 正确;该实验仅需使用刻度尺,无须使用量角器,故C 错误,D 正确.(3)根据折射定律可知需要测量入射角和折射角,运用刻度尺测量出入射角和折射角的正弦值,故折射率为n =sin i sin r≈1.33. 6.【答案】(1)如图 (2) sin i sin r(3)3【解析】(1)连接P 1、P 2表示入射光线.由题大头针P 4、P 3和P 2、P 1的像恰在一直线上,则P 4、P 3在出射光线方向上,连接P 3、P 4表示出射光线.作出P 1、P 2的连线与圆形玻璃的交点O 1,作为入射点,P 3、P 4的连线与圆形玻璃的交点O 2,作为出射点,连接O 1O ,O 2O 表示法线,标出入射角、折射角,作出光路图如图所示.(2)玻璃折射率的公式n =sin i sin r. (3)根据n =sin i sin r 得sin r =sin i n =sin 45°2=12,得r =30°,光线在玻璃与空气的界面上,既有折射,又有反射,根据几何知识得知,光线进入玻璃砖后有三个反射点,入射角都是30°,有3束出射光线.7.【答案】(1)AC (2)3 经过P 1′、P 2′的光线在界面MN 处发生全反射【解析】(1)入射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的,大头针间的距离太小,引起的角度会较大,故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,故A 正确,B 错误;入射角θ尽量大些,折射角也会大些,折射现象较明显,角度的相对误差会减小,故C 正确,D 错误.(2)由图知,沿P 1、P 2 的光线入射角为i =30°,折射角为r =60°,则该玻璃砖的折射率n =sin r sin i =sin 60°sin 30°= 3.把大头针插在P 1′、P 2′位置时,沿着P 4、P 3的方向看不到大头针的像,其原因是经过P 1′、P 2′的光线在界面MN 处发生全反射.。
实验十四 测定玻璃的折射率一、实验目的测定玻璃的折射率二、实验原理如图1所示,abb ′a ′为两面平行的玻璃砖,光线的入射角为θ1,折射角为θ2,根据n =sin θ1sin θ2可以计算出玻璃的折射率.图1三、实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔.四、实验步骤1.用图钉把白纸固定在木板上.2.在白纸上画一条直线aa ′,并取aa ′上的一点O 为入射点,作过O 的法线NN ′.3.画出线段AO 作为入射光线,并在AO 上插上P 1、P 2两根大头针.4.在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的一条长边与直线aa ′对齐,并画出另一条长边的对齐线bb ′.5.眼睛在bb ′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向,使P 1的像被P 2的像挡住,然后在眼睛这一侧插上大头针P 3,使P 3挡住P 1、P 2的像,再插上P 4,使P 4挡住P 3和P 1、P 2的像.6.移去玻璃砖,拔去大头针,由大头针P 3、P 4的针孔位置确定出射光线O ′B 及出射点O ′,连接O 、O ′得线段OO ′.7.用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.8.改变入射角,重复实验,算出不同入射角时的sin θ1sin θ2,并取平均值. 五、误差分析1.入射光线和折射光线确定的不准确性.2.测量入射角和折射角时的误差.六、注意事项1.玻璃砖应选用厚度、宽度较大的.2.大头针应竖直地插在白纸上,且间隔要大些.图2图33.实验时入射角不宜过大或过小,一般在15°~75°之间.4.玻璃砖的折射面要画准,不能用玻璃砖界面代替直尺画界线.5.实验过程中,玻璃砖和白纸的相对位置不能改变.记忆口诀白纸上面画边缘,然后才放玻璃砖;两针决定入射光,再插一针挡两像;两针两像成一线,去砖画图是重点;入射线,折射线,做出法线角出现;入射角,折射角,不大不小是最好;拿砖要触毛玻面,插针竖直做实验.例1 一块玻璃砖有两个相互平行的表面,其中一个表面是镀银的(光线不能通过此表面).现要测定此玻璃砖的折射率,给定的器材还有:白纸、铅笔、大头针4枚(P 1、P 2、P 3、P 4)、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.在纸面上画出直线aa ′和bb ′,aa ′表示镀银的玻璃表面,bb ′表示另一表面,如图2所示.然后,在白纸上竖直插上两枚大头针P 1、P 2.用P 1、P 2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P 3、P 4?试在题图中标出P 3、P 4的位置.(2)然后,移去玻璃砖与大头针.试在题图中通过作图的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 =________.例2 实验室有一块长方体透明介质,截面如图3中ABCD 所示.AB 的长度为l 1,AD 的长度为l 2,且AB 和AD 边透光,而BC和CD 边不透光且射到这两个边的光线均被全部吸收.现让一平行光束以入射角θ1射到AB 面,经折射后AD 面上有光线射出.甲、乙两同学分别用不同的方法测量该长方体介质的折射率.(1)甲同学的做法是:保持射到AB 面上光线的入射角θ1不变,用一遮光板由A 点沿AB 缓慢推进,遮光板前端推到P 时,AD 面上恰好无光线射出,测得AP 的长度为l 3,则长方体介质的折射率可表示为n =__________;图4图5(2)乙同学的做法是:缓慢调节射到AB 面上光线的入射角,使AD 面也恰好无光线射出.测得此时射到AB 面上光线的入射角为θ2,则长方体介质的折射率可表示为n =____________;(3)θ1和θ2的关系为:θ1______θ2(填“>”、“<”或“=”).例3 学校开展研究性学习,某研究小组的同学根据所学的光学知识,设计了一个测量液体折射率的仪器,如图4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P 1、P 2,并保持P 1、P 2位置不变,每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入 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P 1、P 2的像,并在圆周上插上大头针P 3,使P 3正好挡住P 1、P 2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P 3所插的位置,就可直接 读出液体折射率的值,则:(1)若∠AOF =30°,OP 3与OC 的夹角为30°,则P 3处所对应的折射率的值为________.(2)图中P 3、P 4两位置哪一处所对应的折射率的值大?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________.1.关于“测定玻璃的折射率”的实验中,下列说法中不正确的是 ( )A .有一组入射角(θ1≠0)和折射角,便可以得出玻璃的折射率B .在本实验中采用玻璃砖,这是因为只有玻璃砖才能测出玻璃的折射率C .本实验的各项步骤,都是为了找到给定的入射角的折射角而设计的D .棱镜、半圆形玻璃砖等都可以用来测定玻璃的折射率2.用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中,已画好玻璃砖界面aa ′和bb ′,若不慎将玻璃砖向上平移了一些,放在图5所示的位置上,而实验中其他操作均正确,则测得的折射率将 ( ) A .偏大 B .偏小 C .不变 D .无法确定3.在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa ′、bb ′与玻璃砖位置的关系分别如图6①、②和③所示,其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖.他们的其他操作均正确,且均以aa ′、bb ′为界面画图7图8 图9光路图,则图 6甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”). 乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”). 丙同学测得的折射率与真实值相比________.4.如图7所示,某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率,在平铺的白纸上垂直纸面插上大头针P 1、P 2确定入射光线,并让入射光线过圆心O ,在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P 3,使P 3挡住P 1、P 2的像,连接OP 3.图中MN 为分界面,虚线半圆与玻璃砖对称,B 、C 分别是入射光线、折射光线与圆的交点,AB 、CD 均垂直于法线并分别交法线于A 、D 点. (1)设AB 的长度为l 1,AO 的长度为l 2,CD 的长度为l 3,DO 的长度为l 4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量______,则玻璃砖的折射率可表示为____________.(2)该同学在插大头针P 3前不小心将玻璃砖以O 为圆心顺时针转过一小角度,由此测得玻璃砖的折射率将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”).5.用三棱镜做测定玻璃折射率的实验,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的一侧插入两枚大头针P 1和P 2,然后在棱镜的另一侧观察,调整视线使P 1的像被P 2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P 3、P 4,使P 3挡住P 1、P 2的像,P 4挡住P 3和P 1、P 2的像,在纸上标出的大头针的位置和三棱镜轮廓如图8所示.(1)在本题的图上画出所需的光路.(2)为了测出棱镜玻璃的折射率,需要测量的量是________,________,在图上标出它们.(3)计算折射率的公式是n =________.6. 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P 1、P 2,然后在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使P 1的像被P 2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及P1和P2的像.在纸上已标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图9所示(O为两圆弧圆心,图中已画出经过P1、P2点的入射光线)(1)在图上补画出所需的光路.(2)为了测出玻璃砖的折射率,需要测量入射角θ1和折射角θ2,请在图中标出这两个角.(3)用所测物理量计算折射率的公式是n=____________.(4)为了保证在弧面CD得到出射光线,实验过程中,光线在弧面AB的入射角应尽量________(“小一些”或“无所谓”或“大一些”).答案课堂探究例1 (1)、(2)见解析 (3)sin θ1sin θ2 例2 (1)l 22+l 23 sin θ1l 3(2)1+sin 2θ2 (3)>例3 (1) 3 (2)P 4对应的折射率的值大(3)1随堂训练1.B2.C [经过玻璃砖的光路如图中实线所示,由于所作的玻璃砖分界线不是实际的分界线,如图中虚线所示,由几何知识可知,测出 的折射角与真实的折射角相同.]3.偏小 不变 可能偏大,可能偏小,也可能不变4.(1)l 1和l 3l 1l 3(2)偏大 5.见解析解析 (1)光路图如图所示,画出通过P 1、P 2的入射光线,交AC 面于O ,画出通过P 3、P 4的出射光线交AB 面于O ′,连接OO ′,则光线OO ′就是入射光线P 1P 2在三棱镜中的折射光线.(2)在所画的图上注明入射角θ1和折射角θ2,并画出虚线部分,用量角器量出θ1和θ2(或用直尺测出线段EF 、OE 、GH 、OG 的长度).(3)n =sin θ1sin θ2(或因为sin θ1=EF OE ,sin θ2=GH OG ,则n =EF /OE GH /OG =EF ·OG OE ·GH). 6.(1)、(2)见解析 (3)sin θ1sin θ2(4)小一些 解析 (1)光路图如图所示.(2)入射角θ1和折射角θ2如图中所示。
《测定玻璃的折射率》一、实验题1.某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材有:玻璃砖,大头针,刻度尺,圆规,笔,白纸。
①下列哪些措施能够提高实验准确程度______。
A.选用两光学表面间距大的玻璃砖B.选用两光学表面平行的玻璃砖C.选用粗的大头针完成实验D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些②该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示,其中实验操作正确的是______。
③该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作法线的垂线,垂足分别为C、D点,如图所示,则玻璃的折射率n=______。
(用图中线段的字母表示)2.如图所示,某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中,先将白纸平铺在木板上并用图钉固定,玻璃砖平放在白纸上,然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa’和bb’,O为直线AO与aa’的交点,在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有______A.插上大头针P3,使P3仅挡住P2的像B.插上大头针P3,使P3挡住P1的像和P2的像C.插上大头针P4,使P4仅挡住P3D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像(2)过P3、P4作直线bb’交于O’,过O作垂直于aa’的直线NN’,连接OO’,测量图中角α和β的大小,则玻璃砖的折射率n=______ 。
3.某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图甲中实线所示)。
在固定好的白纸上作出直角坐标系xOy,实验时将半圆形玻璃砖M放在白纸上,使其底边aa′与Ox轴重合,且圆心恰好位于O点,实验正确操作后,移去玻璃砖,作OP3连线,用圆规以O点为圆心画一个圆(如图中虚线所示),此圆与AO线交点为B,与OP3连线的交点为C.测出B点到x、y轴的距离分别为l1、d1,C点到x、y轴的距离分别为l2、d2。
第四章光1 光的折射第2课时实验:测量玻璃的折射率基础过关练题组一实验步骤及注意事项1.(2024江苏镇江期中改编)如图所示,用插针法测定两面平行的玻璃砖折射率的实验中,下列说法中正确的是()A.选用粗的大头针完成实验会减小实验误差B.为了减小实验误差,玻璃砖的宽度应适当大一些C.利用量角器量出θ1、θ2,可求出玻璃砖的折射率n=sinθ2sinθ1D.若玻璃砖两面不平行,则无法准确测定其折射率2.(经典题)在做“测定玻璃的折射率”的实验中,先在白纸上放好玻璃砖,如图所示,aa'和bb'分别是玻璃砖与空气的两个界面,用“+”表示大头针的位置。
(1)在玻璃砖的一侧垂直于纸面插上大头针P1和P2,然后在另一侧透过玻璃砖观察,插上大头针P3、P4,实验时应使P3挡住,P4应挡住。
(2)图中AO表示经过大头针P1和P2的光线,该光线与界面aa'交于O 点,MN表示法线。
请将光路图画完整,并在图中标出光线进入玻璃砖发生折射现象时的入射角θ1和折射角θ2。
(3)该玻璃砖的折射率可表示为n=。
(用θ1和θ2表示)(4)在实验中,几个同学发生了争论,他们的意见如下,其中正确的是。
A.为了提高测量精确度,P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大一些B.为了提高测量精确度,入射角应适当大些C.P1、P2之间距离的大小跟测量精确度无关题组二实验数据处理及误差分析3.(多选题)(2023湖南长郡中学月考)某同学做“测玻璃折射率”实验时,在白纸上放好前、后表面平行的玻璃砖,玻璃砖厚度为L,得到如图所示的入射光线与折射光线(CD边出射光线未画出),若测出入射角i=60°,折射角r=30°,光在真空中的速度为c,则()A.玻璃砖的折射率n=√3B.光在玻璃中传播的时间为2LcC.光在玻璃中传播的时间为2√3L3cD.若实验时误将玻璃砖沿CA方向平移了一小段距离,其他操作无误,则测得的折射率将偏大4.(2023江苏南通如皋质量调研)小明在用插针法“测量玻璃砖折射率”的实验中:(1)用笔画玻璃砖边界时操作如图甲所示,其中不当之处是(写出一点即可)。
高中物理一轮复习实验:测玻璃的折射率专项训练副标题题号一总分得分一、实验题(本大题共 8 小题,共 72.0 分)1.如图所示,置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动,当转速达到某一数值时,物块恰好滑离转台开始做平抛运动.现测得转台半径地面的高度,物块平抛落地过程水平位移的大小,离水平 设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则物块做平抛运动的初速度大小________ ;物块与转台间的动摩擦因数 ________.某同学用游标卡尺和螺旋测微器分别测最某物件的长度和宽度,其示数如图所 示,其读数分别为________cm 和________mm.如图所示是某同学用插针法测量半圆形玻璃砖折射率的示意图,玻璃砖的轮廓线已被描绘在白纸上, 点为半圆的圆心.大头针 、 的连线与半圆的直径 垂直,与圆弧的交点为 .第 1 页,共 15 页该同学在圆弧一侧透过玻璃砖观察大头针 、 ,无论怎样调整观察视线, 都不能看到 将 遮挡住的现象,形成这一现象的原因是________;当经过了合理的调整后,他在圆弧一侧透过玻璃砖观察大头针 、 ,并插上大头针 ,看起来 、 、 在一条直线上,撤去玻璃砖后测得与、连线的夹角为 , , 的连线与 、 连线的夹角为 ,则玻璃的折射率为________.为了撰写关于废旧电池的暑期实践报告,某学校课题研究小组收集了数码相机、手机等用旧了的各种类型的电池及从废旧收音机上拆下的电阻、电容、电感线圈等电路元件.现从这些材料中选取两个待测元件,一是电阻 约为,二是手机中常用的锂电池 电动势 E 标称值为 在操作台上还准备了如下实验器材:,允许最大放电电流为A.电压表 量程 4V,电阻 Rv 约为B.电流表 量程 100mA,电阻 约为C.电流表 量程 2mA,电阻 约为D.滑动变阻器,额定电流E.电阻箱F.开关 S 一只、导线若干 为了测定电阻 R 的阻值,小组的一位成员,设计了如图所示的电路原理图,所选取的相应的器材 电源用待测的锂电池 均标在图上,其他成员发现他在器材选 取中有不妥之处,请写出不妥处及应如何调整.在实际操作过程中,发现滑动变阻器 、电流表 已损坏,请用余下的器材 测量锂电池的电动势 E 和内阻 请在方框中画出实验电路图 标注所用器材符号;第 2 页,共 15 页为了便于分析,一般采用线性图象处理数据,请写出与线性图象对应的相关物 理量间的函数关系式: ________.2. 某同学由于没有量角器,在完成了光路图以后,以 O点为圆心,长为半径画圆,分别交线段 OA于 A 点,交 O、 连线延长线于 C 点,过 A 点作法线的垂线 AB 交于 B 点,过 C 点作法线的垂线 CD 交于 D,如图所示,用刻度尺量得,。
4.2科学测量:玻璃的折射率同步练习2021—2022学年高中物理鲁科版(2019)选择性必修第一册一、选择题(共15题)1.在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中: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,如图甲所示。
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,如图乙所示,则()A.甲测得折射率偏大,乙测得折射率偏小B.甲测得折射率偏小,乙测得折射率不变C.甲测得折射率不变,乙测得折射率偏小D.甲测得折射率不变,乙测得折射率不变2.在“测定玻璃砖的折射率”的实验中,某同学在画玻璃砖下界面bb′时,上界面与aa′直线离开了一段距离,但aa′与bb′仍然平行,如图所示.如果其他操作不变,他测得玻璃砖的折射率比真实值将:()A.偏大B.偏小C.仍然准确D.以上均有可能3.某同学测定玻璃砖的折射率。
如图所示,半圆形玻璃砖的直径边界为EF、半圆弧边界为ECF,CD垂直EF并过圆心O。
某次实验中,他沿OA画一条直线,并在OA线上适当位置竖直插上两枚大头针P1、P2;放上玻璃砖后,在另一侧依次寻找合适位置竖直插上大头针P3、P4,移走玻璃砖和大头针后,过P3、P4针孔作出直线OB,OB可看成沿OA入射的光透过玻璃砖后的折射光线。
下列选项正确的是()A.测定折射率的表达式为sinsinAOC nBOD∠=∠B.作图时必需在纸上画出EF边界和ECF边界C.沿AO方向看去,P1会挡住P2、P3、P4D.实验中∠AOC可以取0~90°之间的任意值4.做“用插针法测定玻璃折射率” 实验时,图示直线aa′、bb′表示在白纸上画出的玻璃砖的两个界面.几位同学进行了如下操作:说法正确的是______.A.选定的玻璃砖两个光学面aa′与bb′不平行,其它操作正确,会使测得的折射率偏小.B.为了减小误差,应适当使入射角适当大一些.C.一同学在白纸上画aa′、bb′两界面时,不小心下边界画得上去一些,使其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微小些,其它操作正确,会使测得的折射率偏小.D.保持O点不动,增大入射角,在bb′ 侧调整观察视线,将看不清P1和P2的像,这可能是光在bb′ 侧面发生了全反射5.在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中,其实验光路图如图所示,对实验中的一些具体问题,下列说法正确的是()A .若1P 、2P 的距离较大时,通过玻璃砖会看不到1P 、2P 的像B .实验中为方便操作可用玻璃砖代替尺子画线C .为了减小作图误差,3P 和4P 的距离应适当大一些D .为减小测量误差,1P 、2P 连线与玻璃砖界面法线的夹角越大越好6.做“用插针法测定玻璃折射率”实验时,图示直线aa ′与bb ′表示在白纸上画出的玻璃砖的两个界面。
高中物理1.3测定玻璃的折射率专项测试同步训练2020.031,一束宽度为10 cm 的平行光束,以 60°的入射角从空气射入折射率为的介质中,界面光滑平整,求反射光束和折射光束的宽度 2,利用全反射法测定液体折射率的方法3,光线从空气射入甲介质中时,入射角i=45°,折射角r=30°,光线从空气中射入乙介质中时,入射角i ′=60°,折射角r ′=30°.求光在甲、乙两种介质中的传播速度比.4,利用插针法测定液体折射率的方法5,光线从空气射入3 n 的介质中,反射光线恰垂直于折射光线,则入射角约为多少?6,光的折射的实验在暗室中做效果更好,在介绍仪器时,一定要说明半圆柱透镜的放法和如何改变入射角,特别是在做逆向入射时一定要说清楚半圆柱体透镜的圆面入射时是沿法线入射,这时还要特别指出的是引导学生观察光的明暗程度,分析能量分配的关系.7,光在某介质中的传播速度是2.122×108m/s ,当光线以30°入射角,由该介质射入空气时,折射角为多少? 8,利用视深法测定液体折射率的方法9,已知水的折射率是34, 某种玻璃的折射率是23,则光在水中和在这种玻璃中传播的速度之比是多少?10,利用成像法测定液体折射率的方法 11,利用观察法测定液体折射率的方法 12,利用折射定律测定液体的折射率 所需器材:(1)一根标有刻度的毫米刻度尺,(2)装满待测透明液体的圆柱形玻璃杯。
写出方法:答案1, 10cm,17.3cm .2, 原理:全反射现象方法:准备一个圆形薄木片、一根缝衣针和一把刻度尺。
如图所示,将缝衣针垂直插在圆木板的圆心处,然后让圆木板浮在水面上。
调节缝衣针露在圆木板下方的长度h ,使得沿圆木板边缘向水中看去刚好看不到水面下的缝衣针。
最后量出圆木片的直径D 和缝衣针在木片下露出的长度h ,则水的折射率n=D D h 2243, 解:设光在甲介质中传播的速度为v 甲,光在乙介质中传播的速度为v 乙.根据折射率的定义式得:根据折射率与光速的关系得:4,插针法不只可用来测定固体折射率,也可用来测定液体的折射率,它们的原理是一样的,均是利用了光的折射定律。
第13章实验
基础夯实
1.(2018·杭州高二检测)测定玻璃的折射率时,为了减小实验误差,应注意的是()
A.玻璃砖的宽度宜大些
B.入射角应尽量小些
C.大头针应垂直的插在纸面上
D.大头针P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些
答案:ACD
解析:玻璃砖厚度大些,可减小测量误差;大头针垂直插在纸面上以及大头针P1与P2及P3与P4之间的距离适当大些,可减小确定光路方向时的误差.A、C、D正确.入射角较小时,测量误差较大,B错误.
2.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______.
答案:(1)甲乙(2)丁
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射入光线向右下侧发生偏移,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.由上图可知,甲乙图中出射线向左上侧侧移不符合事实,肯定插错了,丙与丁相比较,前两者入射角及插针间距都比丁图小些,故丁同学测量最准确.
3.(2018·姜堰市溱潼中学高二检测)在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中:
(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,如图甲所示.则他测出的折射率将__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”);
(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,如图乙所示,则他测得折射率__________(选填“偏
大”“偏小”或“不变”).
答案:(1)不变(2)偏小
解析:(1)如图A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B所示,乙同学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.
4.(2018·湖北黄冈中学高二检测)如图所示画有直角坐标系Oxy 的白纸位于水平桌面上,M是放在白纸上的半圆形玻璃砖,其底面的圆心在坐标原点,直边与x轴重合,OA是画在纸上的直线,P1,P2为竖直地插在直线OA上的两枚大头针,P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针,α是直线OA与y轴正方向的夹角,β是直线OP3与y轴负方向的夹角.只要直线OA画得合适,且P3的位置取得正确,测出角α和β,便可求得玻璃的折射率.
某学生在用上述方向测得玻璃的折射率时,在他画出的直线OA 上竖直地插上了P1,P2两枚大头针,但在y<0的区域内,不管眼睛放在任何处,都无法透过玻璃砖看到P1,P2的像,他应采取的措施
是:________,若他已透过玻璃砖看到P1,P2的像,确定P3位置的方法是:________.若他已正确地测得了α,β的值,则玻璃的折射线n=________.
答案:再另画一条更接近y轴正方向的直线OA把大头针P1,P2竖直地插在所画的直线上,直到在y<0区域内透过玻璃砖能看到P1,P2的像,再在适当的位置插上大头针P3,使P3挡住P1,P2的像,sinβ
sinα
提示:无法看到P1,P2的像是由于OA光线的入射角过大,发生全反射的缘故.P3能挡住P1,P2的像说明OP3是OA的折射线.5.某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时,先在白纸上作一与圆形玻璃同半径的圆,圆心为O,将圆形玻璃平放在白纸上,使其边界与所画的圆重合.在玻璃一侧竖直插两枚大头针P1和P2,在另一侧再先后插两枚大头针P3和P4,使从另一侧隔着玻璃观察时,大头针P4、P3和P2、P1的像恰在一直线上,移去圆形玻璃和大头针后,在图中画出:
(1)沿P1、P2连线方向的入射光线通过圆形玻璃后的传播方向;
(2)光线在玻璃内的传播方向;
(3)过光线的入射点作法线,标出入射角i和折射角r;
(4)写出计算玻璃折射率的公式.
解析:(1)P1P2光线为入射光线,P3P4为通过玻璃后的折射光线.
(2)O1O2光线为入射光线P1P2在玻璃中的折射光线.
(3)如图所示.
(4)n =sin i sin r .
能力提升
1.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的平面垂直,如图所示的四个图中P 1、P 2、P 3和P 4是四个学生实验插针的结果.
(1)在这四个图中肯定把针插错了的是__________.
(2)在这四个图中可以比较准确地测出折射率的是________.计算玻璃的折射率的公式是________.
答案:(1)AC (2)D n =sin r sin i
解析:将P 1P 2看做入射光线,P 3P 4看做出射光线,由图知,入射光线与界面垂直,进入玻璃砖后,传播方向不变,由作出的光路图可知A 、C 错误;而B 中光路虽然正确,但入射角和折射角均为零度,测不出折射率,只有D 能比较准确测出折射率,角度如图所示,其
折射率:n =sin r sin i .
2.一个学生按照下图所示的小实验用广口瓶和直尺测定水的折射率,填写下述实验步骤中的空白.
①用______测出广口瓶瓶口内径d ;
②在瓶内装满水;
③将直尺沿瓶口边缘____________插入水中;
④沿广口瓶边缘向水中直尺正面看去,若恰能看到直尺的0刻度(即图中A 点),同时看到水面上B 点刻度的像恰与A 点的像相重合;
⑤若水面恰与直尺的C 点相平,读出______________和______________的长度;
⑥由题中所给条件,可以计算水的折射率为______.
答案:直尺,竖直,AC ,BC ,n =d 2+AC 2
d 2+BC
2 3.(2018·江西白鹭洲中学高二检测)学校开展研究性学习,某研究小组的同学根据所学的光学知识,设计了一个测量液体折射率的仪器,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P 1、P 2并保持P 1、P 2位置不变,每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,而且总使得与直径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所插的位置,就可直接读出液体折射率的值,则:
(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、P4两位置中________(填“P3”或“P4”)处所对应的折射率大.
(3)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率值应为________.
(4)若保持∠AOF=30°不变,用该装置能测量的最大折射率的值不超过________.
答案:(1)3(2)P4(3)1(4)2
4.(探究创新)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P1、P2大头针后,某同学发现在P1、P2的同侧通过玻璃砖在如图所示位置也可观察到P1、P2的像,于是他在白纸上插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,同样的方法,他又插下大头针P4,使P4挡住P3和P2、P1的像,取走玻璃砖,画P1、P2连线交MN于O 点,P4、P3连线交MN于O′点,测出P1、P2连线与MN间的夹角α=30°,玻璃砖的厚度h=2.00cm;OO′两点间的距离l=3.00cm.则玻璃砖的折射率为多少?
答案:1.44
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.
即光线折射进入玻璃砖,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 /2
h 2+(l /2)2=l 4h 2+l 2 = 3.004×(2.00)2+(3.00)
2=35 由折射率定义得n =sin(90°-α)sin β
=1.44。