2024版高中同步新教材選擇性必修第一冊人教版物理 第四章 光 第1節(jié)第2課時 實驗 測量玻璃的折射率

第四章光1光的折射第2課時實驗:測量玻璃的折射率基礎(chǔ)過關(guān)練題組一實驗步驟與注意事項1.(2022河南鄭州期末)如圖所示,在“測定玻璃的折射率”的實驗中,下列說法正確的是()A.用手拿起玻璃磚時,應(yīng)拿“光學面”B.使用玻璃磚的BC、CD兩個側(cè)面,加以合理操作,也可測得折射率C.選用粗的大頭針完成實驗會減小實驗誤差D.僅用毫米刻度尺也能計算玻璃的折射率2.(2023黑龍江哈師大附中期末)在做“測定玻璃的折射率”的實驗中,先在白紙上放好玻璃磚,如圖所示,aa'和bb'分別是玻璃磚與空氣的兩個界面,用“+”表示大頭針的位置。(1)在玻璃磚的一側(cè)垂直于紙面插上大頭針P1和P2,然后在另一側(cè)透過玻璃磚觀察,插上大頭針P3、P4,實驗時應(yīng)使P3擋住,P4應(yīng)擋住。

(2)圖中AO表示經(jīng)過大頭針P1和P2的光線,該光線與界面aa'交于O點,MN表示法線。請將光路圖畫完整,并在圖中標出光線進入玻璃磚發(fā)生折射現(xiàn)象時的入射角θ1和折射角θ2。(3)該玻璃磚的折射率可表示為n=。(用θ1和θ2表示)

(4)在實驗中,幾個同學發(fā)生了爭論,他們的意見如下,其中正確的是。

A.為了提高測量精確度,P1、P2及P3、P4之間的距離應(yīng)適當大一些B.為了提高測量精確度,入射角應(yīng)適當大些C.P1、P2之間距離的大小跟測量精確度無關(guān)題組二實驗數(shù)據(jù)處理及誤差分析3.(2023湖南長郡中學月考)某同學做“測玻璃折射率”實驗時,在白紙上放好前、后表面平行的玻璃磚,玻璃磚厚度為L,得到如圖所示的入射光線與折射光線(CD邊出射光線未畫出),若測出入射角i=60°,折射角r=30°,光在真空中的速度為c,則()A.玻璃磚的折射率n=3B.光在玻璃中傳播的時間為2C.光在玻璃中傳播的時間為2D.若實驗時誤將玻璃磚沿CA方向平移了一小段距離,其他操作無誤,則測得的折射率將偏大4.(2023江蘇阜寧中學期中)在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中,甲、乙二位同學在紙上畫出的界面aa'、bb'與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖甲、乙所示,其中甲同學用的是矩形玻璃磚,乙同學用的是梯形玻璃磚。他們的其他操作均正確,且均以aa'、bb'為界面畫光路圖。則甲同學測得的折射率與真實值相比(選填“偏大”“偏小”“不變”或“三種情況都有可能出現(xiàn)”),乙同學測得的折射率與真實值相比(選填“偏大”“偏小”“不變”或“三種情況都有可能出現(xiàn)”)。

能力提升練題組一測量其他形狀玻璃磚的折射率1.如圖所示,某同學用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率。先把半圓形玻璃磚放在平鋪的白紙上,用鉛筆畫出直徑所在的位置MN、圓心O以及玻璃磚圓弧線(圖中半圓實線);再垂直紙面插入大頭針P1、P2確定入射光線,并讓入射光線過圓心O;最后在玻璃磚圓弧線另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像。移走玻璃磚,作出與圓弧線關(guān)于MN對稱的半圓虛線,過O點作垂直于MN的直線作為法線;連接O、P2、P1,交半圓虛線于B點,過B點作法線的垂線交法線于A點;連接O、P3,交半圓實線于C點,過C點作法線的垂線交法線于D點。(1)測得AB的長度為l1,AO的長度為l2,CD的長度為l3,DO的長度為l4。計算玻璃磚折射率n的公式是n=(選用l1、l2、l3或l4表示)。

(2)該同學在插大頭針P3前,不小心將玻璃磚以O(shè)為軸順時針轉(zhuǎn)過一個小角度,該同學測得的玻璃磚的折射率將(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

題組二數(shù)據(jù)處理與創(chuàng)新實驗設(shè)計2.(2023重慶南開中學期末)長方體形狀的玻璃磚有一個表面鍍銀(光線不能透過),現(xiàn)利用“插針法”測定此玻璃磚的折射率。如圖甲所示,實驗時,先將玻璃磚平放到水平面內(nèi)的白紙上,鍍銀面與紙面垂直。貼著玻璃磚前后兩個面在紙上畫出直線m1m2和k1k2,其中m1m2側(cè)為鍍銀面。然后在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2。(1)準備插第三枚大頭針時,應(yīng)在側(cè)觀察(選填“m1m2”或“k1k2”)。

(2)插第三枚大頭針時,這枚大頭針應(yīng)。

A.只擋住P1的像B.只擋住P2的像C.同時擋住P1和P2的像(3)插完所需大頭針,在圖甲上補全光路的示意圖。圖乙為光路的一部分,A1、B1均為光路上的點,分別過A1、B1作直線k1k2的垂線,垂足分別為A2、B2,已知圖中A1O=B1O,則玻璃磚的折射率可表示為。

A.A2OB2OB.3.(2023河南新鄭高級中學期末)如圖所示,一個學生用廣口瓶和刻度尺測定水的折射率,填寫下述實驗步驟中的空白。(1)用游標卡尺測出廣口瓶瓶口內(nèi)徑d。(2)在瓶內(nèi)裝滿水。(3)將刻度尺沿瓶口邊緣插入水中。

(4)沿廣口瓶邊緣向水中刻度尺正面看去,恰能看到刻度尺的0刻度線(即圖中A點),同時看到水面上B刻度線的像B'恰與A點的像重合,如圖。(5)若水面恰與刻度尺的C刻度線相平,讀出和的長度。

(6)由題中所給條件,可以計算水的折射率為。

4.(2022重慶巴蜀中學期中)某同學在做“測定玻璃的折射率”的實驗時已經(jīng)畫好了部分圖線,如圖甲所示,并在入射光線AO上插上大頭針P1、P2,現(xiàn)需在玻璃磚另一側(cè)插上大頭針P3和P4,便能確定從玻璃磚射出的光線。(1)確定P3位置的方法正確的是;

A.透過玻璃磚,P3擋住P2的像B.先插上P4大頭針,在靠近玻璃磚一側(cè)使P3擋住P4的位置C.透過玻璃磚觀察,使P3擋住P1、P2的像(2)作出光線在玻璃磚中和出射后的光路圖,并畫出玻璃磚中光線的折射角θ2;(3)經(jīng)過多次測量,作出sinθ1-sinθ2的圖像如圖乙,玻璃的折射率為;(保留3位有效數(shù)字)

(4)若該同學在確定P4位置時,被旁邊同學碰了一下,不小心把P4位置畫得偏左了一些,則測出來的折射率;(填“偏大”“偏小”或“不變”)

(5)該同學突發(fā)奇想用兩塊同樣的玻璃直角棱鏡ABC來做實驗,兩者的AC面是平行的,大頭針P1、P2的連線垂直于AB面,若操作無誤,則在圖中右邊的大頭針應(yīng)該是。

A.P3、P6B.P3、P8C.P5、P6D.P7、P85.(2023浙江效實中學期中)小明同學為了測量某長方體透明物質(zhì)的折射率,用黑紙制作了一個頂角為60°的圓錐形紙筒,在頂點內(nèi)側(cè)固定一發(fā)光二極管(可看成點光源),用支架懸掛在桌面上方,如圖甲所示。然后進行了如下操作:A.用游標卡尺測量出待測長方體的厚度d;B.在桌面上鋪一張白紙,接通電源使二極管發(fā)光,用鉛筆描出在白紙上被照亮的圓形光斑的邊緣;C.把被測長方體平放在白紙上,調(diào)整支架使圓錐紙筒上下移動,直到照在白紙上的光斑再次充滿已經(jīng)描下的區(qū)域,測量出圓錐紙筒移動的距離,記為h;D.計算出該材料的折射率n;E.改變初始時圓錐紙筒距離白紙的高度,重復(fù)步驟B、C、D,求出折射率的平均值。根據(jù)上述實驗過程,回答下列問題:(1)用游標卡尺測量厚度時,示數(shù)如圖乙所示,則透明長方體的厚度為d=cm。

(2)在步驟C中,為了達到實驗要求,應(yīng)該向(選填“上”或“下”)調(diào)整圓錐紙筒。

(3)多次測量后小明發(fā)現(xiàn)h=12d,則該長方體透明物質(zhì)的折射率n為

答案與分層梯度式解析第四章光1光的折射第2課時實驗:測量玻璃的折射率基礎(chǔ)過關(guān)練1.BD玻璃磚的光學面不能用手直接接觸,否則會影響接觸面的平整,影響折射率的測定,A錯誤;使用玻璃磚的BC、CD兩個側(cè)面,用同樣的方法確定入射光線和折射光線,也能測得折射率,故B正確;選用粗的大頭針完成實驗時,容易導致測量光線和實際光線有偏差,增大實驗誤差,C錯誤;在測量數(shù)據(jù)時,僅用毫米刻度尺,根據(jù)三角形的邊角關(guān)系,也能得到入射角與折射角的正弦值,從而計算折射率,D正確。2.答案(1)P1、P2的像P3和P1、P2的像(2)見解析(3)sinθ1sinθ2解析(1)根據(jù)實驗原理,實驗時應(yīng)使P3擋住P1、P2的像,P4應(yīng)擋住P3和P1、P2的像。(2)依題意,作出光路圖如圖所示(3)根據(jù)光路圖,由折射定律可得該玻璃磚的折射率為n=sin(4)根據(jù)實驗原理,大頭針間的距離太小,會引起較大的角度誤差,故P1、P2及P3、P4之間的距離應(yīng)適當大些,可以提高實驗精確度,A正確,C錯誤;入射角適當大些,折射角也會大些,折射現(xiàn)象較明顯,角度的相對誤差會減小,B正確。故選A、B。3.AB由折射定律,玻璃磚的折射率n=sinisinr=sin60°sin30°=3,A正確;光在玻璃中傳播的距離為s=Lcosr=Lcos30°=233L,光在玻璃中傳播的速度為v=cn=3c3,光在玻璃中傳播的時間為t=sv=由圖可知,i=i',r=r',測得的折射率將等于真實值,D錯誤。故選A、B。4.答案偏小不變解析如圖甲,甲同學作出的折射光線為2,而實際折射光線為1,可見測出的折射角r偏大,則由折射定律n=sinisinr乙同學測折射率時,只要操作正確,測得的折射率就等于真實值,測量的結(jié)果與玻璃磚的形狀無關(guān)。能力提升練1.答案(1)l1l3(解析(1)設(shè)圓的半徑為R,由幾何知識得入射角的正弦為sini=sin∠AOB=ABBO=折射角的正弦為sinr=sin∠DOC=DCOC=根據(jù)折射定律n=sinisinr(2)該同學在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為軸順時針轉(zhuǎn)過一個小角度,折射光線將順時針轉(zhuǎn)動,而作圖時其邊界和法線不變,則入射角不變,折射角減小,由折射率公式可知,測得的玻璃磚的折射率將偏大。2.答案(1)k1k2(2)C(3)A解析(1)由于m1m2表面鍍銀,光線不能透過,要得到折射光線,只能利用m1m2面將光反射,使光線再次在k1k2面上發(fā)生折射,此時折射光線從k1k2面射出,則準備插第三枚大頭針時,應(yīng)在k1k2側(cè)觀察。(2)插第三枚大頭針時,這枚大頭針應(yīng)同時擋住P1和P2的像,故選C。(3)插好大頭針P3、P4后,畫出折射光線,找到折射光線與k1k2的交點O',初始的入射光線與k1k2交點記為O,找到OO'的中點M,作直線MN⊥m1m2,垂足為N,則ON、NO'為光線在玻璃磚中的光路。完整光路的示意圖如圖1所示。光線在k1k2面入射時,角度關(guān)系如圖2所示。根據(jù)折射定律可得n=sinisinr=A23.答案(3)豎直(5)ACAB(或BC)(6)d解題關(guān)鍵在光路圖中畫出法線,標出各個角,利用幾何關(guān)系和折射定律求解。解析(3)將刻度尺沿瓶口邊緣豎直插入水中。(5)若水面恰與刻度尺的C刻度線相平,讀出AC和AB(或BC)的長度。(6)設(shè)從A點發(fā)出的光線射到廣口瓶邊緣水面處的入射角為i,折射角為r,根據(jù)數(shù)學知識可知sini=dd2+AC水的折射率為n=sin根據(jù)對稱性有B'C=BC=AB-AC聯(lián)立得n=d4.答案(1)C(2)圖見解析(3)1.49(4)偏小(5)C解析(1)確定P3位置的方法是:透過玻璃磚觀察,使P3擋住P1、P2的像,故選C;(2)光路如圖所示:(3)根據(jù)n=sinθ1sinθ2可知,sinθ1-sinθ2圖線的斜率等于折射率,所以玻璃的折射率為n=(4)若把P4位置畫得偏左了一些,則P4、P3的連線與bb'的交點偏右,測得的折射角θ2會偏大,根據(jù)n=sinθ1sinθ(5)光路圖如圖所示:根據(jù)光路圖可知,右邊的大頭針應(yīng)該是P5、P6,故選C。5.答案(1)