专题04-测定玻璃的折射定律-高考物理实验专题强化训练(解析版)

专题04测定玻璃的折射定律1．实验原理如实验原理图甲所示，当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出与入射光线AO1对应的出射光线O2B，从而求出折射光线O1O2和折射角θ2，再根据或算出玻璃的折射率。2．实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺、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sinθ1和sinθ2。（8）改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的，并取平均值。4．注意事项（1）玻璃砖应选厚度、宽度较大的。（2）入射角不宜过大或过小，一把为15°~75°。（3）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′。（4）实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。（5）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。5．实验数据处理（1）计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。算出不同入射角时的，并取平均值。（2）作sinθ1–sinθ2图象：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sinθ1–sinθ2图象，由可知图象应为直线，如实验原理图乙所示，其斜率为折射率。（3）“单位圆”法确定sinθ1、sinθ2，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E′H′。如实验原理图丙所示，。只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。1.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=。【解析】由题意可知，当玻璃砖转过某一角度θ时，刚好发生全反射，在直径边一侧观察不到P1、P2的像，做出如图所示的光路图可知，当转过角度θ时有。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)在答题纸上相应的图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”）。【答案】（1）如解析图1，（2）n=1.51，（3）A【解析】（2）以入射点为圆心以R为半径作圆，与入射光线和折射光线相交，过交点作法线垂线，测量长度x1、x2，如解析图2，由，根据测得值求出n=1.51，保留2位有效数字。3.图1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。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，如题22图2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。答：光学；d；e解析：由折射率的定义可知，用d点得到的折射角较大（见题22答图），计算得到的折射率的值较小。光线通过平行玻璃砖后的出射光线与入射光线平行，可知用e点得到的值误差较小。4.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，以入射点为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于、点，再过、点作法线的垂线，垂足分别为、点，如图所示，则玻璃的折射率______。（用图中线段的字母表示）【答案】(1).AD(2).D(3).【解析】【详解】采用插针法测定光的折射率的时候，应选定光学表面间距大一些的玻璃砖，这样光路图会更加清晰，减小误差，同时两枚大头针的距离尽量大一些，保证光线的直线度，因此AD正确，光学表面是否平行不影响该实验的准确度，因此B错误，应选用细一点的大头针因此C错误。根据光的折射定律可知当选用平行的玻璃砖时出射光和入射光应是平行光，又因发生了折射因此出射光的出射点应相比入射光的延长线向左平移，因此D正确，ABC错误由折射定律可知折射率，，，联立解得5.“测定玻璃的折射率”实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D.在插入第四个大头针D时,要使它_________________.题12B-2图是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a'是描在纸上的玻璃砖的两个边.根据该图可算得玻璃的折射率n=__________。(计算结果保留两位有效数字)(3)地震时，震源会同时产生两种波，一种是传播速度约为3.5km/s的S波,另一种是传播速度约为7.0km/s的P波.一次地震发生时,某地震监测点记录到首次到达的P波比首次到达的S波早3min。假定地震波沿直线传播，震源的振动周期为1.2s，求震源与监测点之间的距离x和S波的波长.λ【答案】（1）C（2）挡住C及A、B的像；1.8（1.6~1.9都算对）（3）4.2km【解析】（1）白炽灯光为自然光，经过P后为偏振光。旋转偏振片P，A处得到的是始终强度相同的偏振光，偏振光再经过偏振片，在B处的光强随着P转动而变化，当Q的透振方向与经过P的偏振光的振动方向垂直时，B处的光强为0。(2)插在D点的大头针必须挡住C及A、B的像，这样才保证沿A、B的光线经过C、D；作出光路图如图所示，以入射点O为圆心作圆，交入射光线与折射光线于E、F，从E、F作法线的垂线交法线于G、H，用刻度尺量出EG、FH的长，由公式n＝eq\f(sini,sinγ)＝eq\f(\f(EG,EO),\f(FH,FO))＝eq\f(EG,FH)，求出折射率n=1.8。（3）设P波的传播时间为t，则解得代入数据得x=1260km，由λ=vsT，解得λ=4.2km6.【浙江省2021年高考真题】(2)小明同学在做“测定玻璃的折射率”实验时，发现只有3枚大头针，他把大头针A、B、C插在如图所示位置，并测出了玻璃的折射率。请在答题纸相应方框中画出光路图，标出入射角i和折射角r，并写出折射率n的计算式。____________【答案】(1).ACD(2).Ⅱ(3).能(4).(5).【解析】(1)[1]A．题中需要将盘和砝码的重力可当作牵引力，所以首先需要补偿小车受到阻力的影响，即抬高长木板右端，小车在不接盘和砝码的情况下，轻推小车，使小车做匀速直线运动，说明小车重力沿斜面的分力与小车所受阻力等大反向，A正确；D．然后挂上盘与砝码，根据牛顿第二定律对小车，根据牛顿第二定律两式相比解得绳子拉力当满足盘和砝码的总质量远小于小车的质量，即，盘和砝码的重力可当作牵引力，D正确；B．实验过程中摩擦阻力无法消除，本实验装置无法验证“机械能守恒定律”故B错误C．细线与长木板平行需要平行，保证绳子的拉力与小车运动方向一致，这样盘和砝码的重力可完全当作牵引力，C正确。故选ACD。[2]小车做匀加速直线运动，位移逐渐增大，所以实验打出的纸带是第II条。[3]根据动能定理可知，图像的斜率为，据能求出小车的质量。(2)[4]光路图如图所示[5]根据折射定律可知。7.某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖.如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00cm，AB间的距离为6.00cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1＝10.00cm，玻璃砖厚度d2＝4.00cm.玻璃的折射率n＝________，光在玻璃中传播速度v＝________m/s(光在真空中传播速度c＝3.0×108m/s，结果均保留两位有效数字).【答案】①.1.2②.2.5×108m/s.【解析】第一空、作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角i＝45°，设折射角为r，则tanr＝，故折射率n＝第二空、光在玻璃介质中的传播速度＝2.5×108m/s.8.在“测定玻璃的折射率”实验中，（1）下列给出的实验器材中，本实验需要用到的有______。A、B、C、D、（2）实验中，下列做法正确的是______（填选项前的字母）。A．入射角不宜太小B．为了测量的准确性，必须选用平行玻璃砖来测量C．在白纸上放好玻璃砖后，可以用铅笔贴着光学面画出界面D．为了减小实验误差，应该改变入射角的大小，多做几次实验（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NN′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）【答案】①.BCD②.AD③.【解析】（1）[1]用插针法测量折射率，在实验中需要