高考物理總復(fù)習(xí)第13單元光學(xué)實(shí)驗(yàn)18測(cè)定玻璃的折射率

實(shí)驗(yàn)十八測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)課標(biāo)解讀

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)過關(guān)

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)拓展教師備用習(xí)題

課時(shí)鞏固訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)課標(biāo)解讀

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)過關(guān)例1[2022·沈陽二中月考]在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)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)下列做法正確的是

(填選項(xiàng)前的字母).

A.入射角越大,誤差越小B.在白紙上放好玻璃磚后,用鉛筆貼著光學(xué)面畫出界面C.實(shí)驗(yàn)時(shí)既可用量角器,也可用圓規(guī)和直尺等工具進(jìn)行測(cè)量D.判斷像與針是否在同一直線時(shí),應(yīng)該觀察大頭針的頭部C基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)過關(guān)[解析]入射角盡量大些,折射角也會(huì)大些,折射現(xiàn)象較明顯,角度的相對(duì)誤差會(huì)減小,但要注意并不是入射角越大越好,應(yīng)適度,故A錯(cuò)誤;為了防止弄臟玻璃磚,不能用鉛筆貼著光學(xué)面畫出界面,故B錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)角度時(shí)既可用量角器,也可用圓規(guī)和直尺等工具進(jìn)行測(cè)量,故C正確;判斷像與針是否在同一直線時(shí),應(yīng)該觀察大頭針的整體,不能只觀察其頭部,故D錯(cuò)誤.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)過關(guān)(2)請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫出完整的光路圖.[答案]如圖所示基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)過關(guān)(3)對(duì)你畫出的光路圖進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算,求得該玻璃磚的折射率n=

(保留3位有效數(shù)字).

1.54

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)過關(guān)(4)為了觀測(cè)光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象,某同學(xué)做了兩次實(shí)驗(yàn),經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針;如圖丙所示.圖丙中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針,其對(duì)應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和

(選填“A”或“B”).

A[解析]光線經(jīng)由P1、P2射入后光路圖如圖甲所示.第一次折射時(shí)入射角大于折射角,第二次折射時(shí)折射角要大于入射角,出射光線要遠(yuǎn)離法線,由圖可知經(jīng)由P3、A的出射光線符合事實(shí),而經(jīng)由P3、B的出射光線不符合事實(shí).故對(duì)應(yīng)的出射光線上的2枚大頭針是P3和A.例2

某同學(xué)測(cè)量玻璃磚的折射率,準(zhǔn)備了下列器材:激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚.如圖所示,直尺與玻璃磚平行放置,激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點(diǎn)射向玻璃磚表面,在直尺上觀察到A、B兩個(gè)光點(diǎn),讀出O、A間的距離為20.00cm,A、B間的距離為6.00cm,測(cè)得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d1=10.00cm,玻璃磚厚度d2=4.00cm.由此可知,玻璃的折射率n=

,光在玻璃中的傳播速度v=

m/s.(光在真空中的傳播速度c=3.0×108m/s,結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)拓展1.22.5×108

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)拓展1.在“測(cè)量玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中,如圖甲所示,某同學(xué)先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定,玻璃磚平放在白紙上,然后在白紙上確定玻璃磚的界面所在直線aa'和bb'(圖中并未直接畫出具體位置).O為直線AO與aa'的交點(diǎn),在直線AO上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針.(1)該同學(xué)接下來要完成的必要步驟有

.

A.插上大頭針P3,使P3僅擋住P2的像B.插上大頭針P3,使P3擋住P1的像和P2的像C.插上大頭針P4,使P4僅擋住P3D.插上大頭針P4,使P4擋住P3和P1、P2的像BD教師備用習(xí)題[解析]確定P3大頭針的位置的方法是插上大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像.確定P4大頭針的位置的方法是插上大頭針P4,使P4擋住P3和P1、P2的像.故A、C錯(cuò)誤,B、D正確.教師備用習(xí)題(2)過P3、P4作直線交bb'于O',過O'作垂直于bb'的直線NN',連接OO'.測(cè)量出圖中角α和β的大小.則玻璃磚的折射率n=

.

教師備用習(xí)題

(3)如圖乙所示,該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中將玻璃磚界面aa'和bb'的間距畫得過寬.若其他操作正確,則折射率的測(cè)量值

準(zhǔn)確值(選填“大于”“小于”或“等于”).

小于教師備用習(xí)題[解析]如圖所示,該同學(xué)將玻璃磚界面aa'和bb'的間距畫得過寬,導(dǎo)致在aa'的折射角要大于真實(shí)的折射角,導(dǎo)致折射率的測(cè)量值偏小.1.[2021·杭州高級(jí)中學(xué)期末]某同學(xué)用插針法測(cè)定一長方體玻璃磚的折射率.操作步驟如下:

①在白紙上放好玻璃磚,在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P1、P2;②在玻璃磚的另一側(cè)觀察,調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住,接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3和P4,使P3擋住P1和P2的像,P4擋住P3和P1、P2的像;③用鉛筆環(huán)繞玻璃磚畫出邊界aa'和bb';④取下玻璃磚、大頭針,在白紙上描出光線的徑跡,量出入射角i和折射角r,計(jì)算出折射率;⑤改變?nèi)肷浣?重復(fù)上述過程,求出多組折射率并取其平均值.課時(shí)鞏固訓(xùn)練(1)以上步驟中有錯(cuò)誤或不妥之處的是

(填步驟前的序號(hào)).

課時(shí)鞏固訓(xùn)練③[解析]應(yīng)該是在玻璃磚兩側(cè)分別沿邊界描兩個(gè)點(diǎn),然后移開玻璃磚,接著分別過兩點(diǎn)作出邊界aa'和bb'.(2)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意的是

(填選項(xiàng)前的字母).

A.入射角應(yīng)盡量小些B.玻璃磚的寬度宜小一些C.大頭針應(yīng)垂直插在紙面上D.大頭針P1、P2及P3、P4之間的距離應(yīng)適當(dāng)大些課時(shí)鞏固訓(xùn)練CD[解析]為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,入射角應(yīng)適當(dāng)大些,故A錯(cuò)誤;為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,玻璃磚的寬度應(yīng)適當(dāng)寬一些,故B錯(cuò)誤;為了使大頭針擋住前面大頭針的像.大頭針應(yīng)垂直插在紙面上,故C正確;為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,大頭針P1、P2及P3、P4之間的距離應(yīng)適當(dāng)大些,故D正確.(3)該同學(xué)在畫界面時(shí),不小心將兩界面aa'、bb'間距畫得比玻璃磚寬度大了些,如圖所示,則他測(cè)得的折射率

(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

課時(shí)鞏固訓(xùn)練偏小[解析]界面aa'、bb'間距畫得比玻璃磚寬度大些,導(dǎo)致折射角偏大,則導(dǎo)致折射率偏小.2.[2021·湖北黃石模擬]如圖甲所示,某小組做“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn),所用器材有:木板、玻璃磚、大頭針、刻度尺、量角器、筆、白紙.(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的操作,下列說法正確的是

(填選項(xiàng)前的字母).

A.在確定玻璃磚上下邊界時(shí),應(yīng)用鉛筆緊貼玻璃磚上下邊緣畫出aa',bb'B.在確定P3、P4位置時(shí),二者距離應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)一些,以減小誤差C.在確定P3、P4位置時(shí),應(yīng)使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P3以及P1、P2的像D.入射光線AO與法線夾角過大時(shí),在玻璃磚另一側(cè)有可能看不到P1、P2的像,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法完成課時(shí)鞏固訓(xùn)練BC[解析]不能用鉛筆緊貼玻璃磚畫出玻璃磚界面aa'和bb',這樣會(huì)污染和磨損玻璃磚的光學(xué)面,A錯(cuò)誤;大頭針間的距離太小,引起的角度的相對(duì)誤差會(huì)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,B正確;在確定P3、P4位置時(shí),應(yīng)使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P3以及P1、P2的像,C正確;由幾何知識(shí)可知,光線在上表面的折射角等于在下表面的入射角,根據(jù)光路可逆性原理可知,光線一定會(huì)從下表面射出,折射光線不會(huì)在玻璃磚的下表面發(fā)生全反射,D錯(cuò)誤.課時(shí)鞏固訓(xùn)練(2)如圖乙所示,過P3、P4作直線交bb'于O',過O'作垂直于bb'的直線NN',連接O、O'.用量角器測(cè)量圖乙中α和β的大小,則玻璃的折射率n=

.

課時(shí)鞏固訓(xùn)練

(3)該小組同學(xué)雖測(cè)出了入射角和折射角,但苦于無法得知非特殊角的正弦值,不能準(zhǔn)確算出折射率,他們及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案,利用實(shí)驗(yàn)室提供的圓規(guī),以入射點(diǎn)O為圓心作圓,與入射光線、折射光線分別交于A、B點(diǎn),再過A、B點(diǎn)作法線NN'的垂線,垂足分別為C、D點(diǎn),如圖丙所示,則玻璃的折射率n=

(用圖中線段的字母表示).

課時(shí)鞏固訓(xùn)練

3.[2021·湖南岳陽模擬]用圓弧狀玻璃磚做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí),先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚,在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P1、P2,然后在玻璃磚的另一側(cè)觀察,調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住,接著在眼睛所在的一側(cè)插上兩枚大頭針P3和P4,使P3擋住P1和P2的像,P4擋住P3以及P1和P2的像,在紙上標(biāo)出大頭針位置,畫出圓弧狀玻璃磚輪廓,如圖甲所示,其中O點(diǎn)為兩圓弧的圓心,圖中已畫出經(jīng)P1、P2點(diǎn)的入射光線.(1)在圖甲上補(bǔ)畫出所需的光路課時(shí)鞏固訓(xùn)練[答案]如圖所示[解析]用P1、P2連線表示入射光線,用P3、P4連線表示出射光線,連接兩光線與玻璃磚的交點(diǎn),即為折射光線,作出光路圖如圖所示.(2)為了測(cè)出玻璃的折射率,需要測(cè)量入射角和折射角,請(qǐng)?jiān)趫D甲中的AB分界面上畫出這兩個(gè)角,分別用i和r表示.課時(shí)鞏固訓(xùn)練[答案]如圖所示[解析]標(biāo)出需要測(cè)量的入射角i和折射角r,如圖所示.(3)為了保證在弧面