【步步高】高考物理大一轮复习讲义 （深度思考+考点突破+提能训练） 第十二章 实验十四 测定玻璃的折射率（含解析） 新人教版.doc

实验十四测定玻璃的折射率考纲解读 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基本实验要求1 实验原理如原理图甲所示，当光线ao1以一定的入射角1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线ao1对应的出射光线o2b，从而求出折射光线o1o2和折射角2，再根据n或n算出玻璃的折射率2 实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔3 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点的法线nn.(3)画出线段ao作为入射光线，并在ao上插上p1、p2两根大头针(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p1的像被p2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针p3，使p3挡住p1、p2的像，再插上p4，使p4挡住p3和p1、p2的像(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针p3、p4的针孔位置确定出射光线ob及出射点o，连接o、o得线段oo.(7)用量角器测量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 2.(8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的，并取平均值规律方法总结1 实验数据处理(1)计算法：用量角器测量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 2.算出不同入射角时的，并取平均值(2)作sin 1sin 2图象：改变不同的入射角1，测出不同的折射角2，作sin 1sin 2图象，由n可知图象应为直线，如实验原理图乙所示，其斜率为折射率(3)“单位圆”法确定sin 1、sin 2，计算折射率n.以入射点o为圆心，以一定的长度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nn的垂线eh，过e作nn的垂线eh.如实验原理图丙所示，sin 1，sin 2，oeoer，则n.只要用刻度尺量出eh、eh的长度就可以求出n.2 注意事项(1)用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面，严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb.(2)实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动(3)大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每两枚大头针p1与p2间、p3与p4间的距离应大一点，以减小确定光路方向时造成的误差(4)实验时入射角不宜过小，否则会使测量误差过大，也不宜过大，否则在bb一侧将看不到p1、p2的像考点一对实验操作的考查例1(2012浙江理综21)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1所示图1图2(1)在图2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3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3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”)图3解析(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长，与玻璃砖两平行边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中的传播方向光路图如图所示(2)设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为1，折射角为2，则sin 10.798，sin 20.521所以该玻璃砖的折射率n1.53(3)由题图乙可知，光线p1p2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p3和a.答案(1)见解析图(2)1.53(说明：0.03范围内都可)(3)a考点二对实验数据处理的考查例2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p1和p2，然后在棱镜的另一侧观察，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、p4，使p3挡住p1、p2的像，p4挡住p3和图4p1、p2的像，在纸上标出的大头针的位置和三棱镜轮廓如图4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)用(2)中所测物理量计算折射率的公式是n_.解析(1)光路图如图所示，画出通过p1、p2的入射光线，交ac面于o，画出通过p3、p4的出射光线交ab面于o，连接oo，则光线oo就是入射光线p1p2在三棱镜中的折射光线(2)在所画的图上注明入射角1和折射角2，并画出虚线部分，用量角器量出1和2(或用直尺测出线段ef、oe、gh、og的长度)(3)n(或因为sin 1，sin 2，则n)答案见解析例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5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图5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aof30，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处所对应的折射率值应为_解析(1)根据折射定律n，题中160，2aof30，所以n.(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.答案(1)(2)p4处对应的折射率的值大(3)11 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6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无法确定图6答案c解析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，而是如图中虚线所示，由几何知识可知，测出的折射角与真实的折射角相同2. 某同学做“测定玻璃的折射率”实验时，用他测得的多组入射角1与折射角2作出sin 1sin 2的图象如图7所示，下列判断不正确的是()a他做实验时，研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象b玻璃的折射率为0.67图7c玻璃的折射率为1.5d玻璃临界角的正弦值为0.67答案b解析由sin 1sin 2图象可知，1.51，故光是从空气射入玻璃的，入射角为1，a正确由折射率的定义知n1.5，c正确，b错误由临界角定义知临界角的正弦值sin c0.67，d正确3 (2012重庆理综22(1)如图8所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的_面不能用手直接接触图8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9所示计算折射率时，用_(填“d”或“e”)点得到的值较小，用_(填“d”或“e”)点得到的值误差较小图9答案光学de解析实验用的光学玻璃砖的光学面不能用手接触，以防止损坏其光学面如图所示，连接cd、ce并延长分别交玻璃砖于o1、o2点，并连接oo1、oo2，入射角i相同，折射角ooo2ooo1，由n得，折射角越大的，求得的折射率越小由图可得，用d点得到的值较小，而ce与ab近似平行，故用e点得到的值误差较小4. (2011天津9(3)某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率开始玻璃砖的位置如图10中实线所示，使大头针p1、p2与圆心o在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心o缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察p1、p2的像，且p2的像挡住p1的像如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失此 图10时只须测量出_，即可计算出玻璃砖的折射率请用你的测量量表示出折射率n_.答案玻璃砖直径边绕o点转过的角度解析“p2挡住p1的像的现象恰好消失”意味着刚好发生全反射现象，此时玻璃砖内光线的入射角恰好等于临界角c，玻璃砖转过，入射光路的法线也转过同样的角度，入射角c.根据n得n.5 如图11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p1、p2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p3，使p3挡住p1、p2的像，连接op3.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点图11(1)设ab的长度为l1，ao的长度为l2，cd的长度为l3，do的长度为l4，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p3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”)答案(1)l1和l3(2)偏大6 如图12所示，画有直角坐标系xoy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，是直线oa与y轴正方向的夹角，是直线op3与y轴负方向的夹图12角只要直线oa画得合适，且p3的位置取得正确，测出角和，便可求得玻璃的折射率某学生在用上述方法测量玻璃的折射率时，在他画出的直线oa上竖直地插上了p1、p2两枚大头针，但在y0的区域内，不管眼睛放在何处，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、的值，则玻璃的折射率n_.答案另画一条更靠近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y0区域透过玻璃砖能看到p1、p2的像竖直插上大头针p3，使p3刚好能挡住p1、p2的像解析无法看到p1、p2的像是因为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的折射光线7 测定玻璃等腰直角三棱镜折射率的实验中，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针p1和p2，然后在棱镜的另一侧观察，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、