專(zhuān)題04-測(cè)定玻璃的折射定律-高考物理實(shí)驗(yàn)專(zhuān)題強(qiáng)化訓(xùn)練(解析版)

專(zhuān)題04測(cè)定玻璃的折射定律1．實(shí)驗(yàn)原理如實(shí)驗(yàn)原理圖甲所示，當(dāng)光線AO1以一定的入射角θ1穿過(guò)兩面平行的玻璃磚時(shí)，通過(guò)插針?lè)ㄕ页雠c入射光線AO1對(duì)應(yīng)的出射光線O2B，從而求出折射光線O1O2和折射角θ2，再根據(jù)或算出玻璃的折射率。2．實(shí)驗(yàn)器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、直尺、鉛筆。3．實(shí)驗(yàn)步驟（1）用圖釘把白紙固定在木板上。（2）在白紙上畫(huà)一條直線aa′，并取aa′上的一點(diǎn)O為入射點(diǎn)，作過(guò)O點(diǎn)的法線NN′。（3）畫(huà)出線段AO作為入射光線，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針。（4）在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長(zhǎng)邊與直線aa′對(duì)齊，并畫(huà)出另一條長(zhǎng)邊的對(duì)齊線bb′。（5）眼睛在bb′的一側(cè)透過(guò)玻璃磚觀察兩個(gè)大頭針并調(diào)整視線方向，使P1的像被P2的像擋住，然后在眼睛這一側(cè)插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P3和P1、P2的像。（6）移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線O′B及出射點(diǎn)O′，連接O、O′得線段OO′。（7）用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。（8）改變?nèi)肷浣?，重?fù)實(shí)驗(yàn)，算出不同入射角時(shí)的，并取平均值。4．注意事項(xiàng)（1）玻璃磚應(yīng)選厚度、寬度較大的。（2）入射角不宜過(guò)大或過(guò)小，一把為15°~75°。（3）用手拿玻璃磚時(shí)，手只能接觸玻璃磚的毛面或棱，不能觸摸光潔的光學(xué)面，嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)尺子畫(huà)玻璃磚的另一邊bb′。（4）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚在紙上的位置不可移動(dòng)。（5）大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上，且玻璃磚每?jī)擅洞箢^針P1與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)大一點(diǎn)，以減小確定光路方向時(shí)造成的誤差。5．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（1）計(jì)算法：用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。算出不同入射角時(shí)的，并取平均值。（2）作sinθ1–sinθ2圖象：改變不同的入射角θ1，測(cè)出不同的折射角θ2，作sinθ1–sinθ2圖象，由可知圖象應(yīng)為直線，如實(shí)驗(yàn)原理圖乙所示，其斜率為折射率。（3）“單位圓”法確定sinθ1、sinθ2，計(jì)算折射率n。以入射點(diǎn)O為圓心，以一定的長(zhǎng)度R為半徑畫(huà)圓，交入射光線OA于E點(diǎn)，交折射光線OO′于E′點(diǎn)，過(guò)E作NN′的垂線EH，過(guò)E′作NN′的垂線E′H′。如實(shí)驗(yàn)原理圖丙所示，。只要用刻度尺量出EH、E′H′的長(zhǎng)度就可以求出n。1.某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測(cè)半圓形玻璃磚的折射率。開(kāi)始玻璃磚的位置如圖中實(shí)線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像，如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時(shí)，上述現(xiàn)象恰好消失。此時(shí)只須測(cè)量出，即可計(jì)算出玻璃磚的折射率，請(qǐng)用你的測(cè)量量表示出折射率n=?！窘馕觥坑深}意可知，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)過(guò)某一角度θ時(shí)，剛好發(fā)生全反射，在直徑邊一側(cè)觀察不到P1、P2的像，做出如圖所示的光路圖可知，當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)角度θ時(shí)有。2.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)在答題紙上相應(yīng)的圖中畫(huà)出完整的光路圖；(2)對(duì)你畫(huà)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）；(3)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，如圖乙所示。圖中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（填“A'”或“B”）?！敬鸢浮浚?）如解析圖1，（2）n=1.51，（3）A【解析】（2）以入射點(diǎn)為圓心以R為半徑作圓，與入射光線和折射光線相交，過(guò)交點(diǎn)作法線垂線，測(cè)量長(zhǎng)度x1、x2，如解析圖2，由，根據(jù)測(cè)得值求出n=1.51，保留2位有效數(shù)字。3.圖1所示為光學(xué)實(shí)驗(yàn)用的長(zhǎng)方體玻璃磚，它的面不能用手直接接觸。在用插針?lè)y(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)繪出的玻璃磚和三個(gè)針孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的針正好擋住插在a、b位置的針的像，但最后一個(gè)針孔的位置不同，分別為d、e兩點(diǎn)，如題22圖2所示。計(jì)算折射率時(shí)，用（填“d”或“e”）點(diǎn)得到的值較小，用（填“d”或“e”）點(diǎn)得到的值誤差較小。答：光學(xué)；d；e解析：由折射率的定義可知，用d點(diǎn)得到的折射角較大（見(jiàn)題22答圖），計(jì)算得到的折射率的值較小。光線通過(guò)平行玻璃磚后的出射光線與入射光線平行，可知用e點(diǎn)得到的值誤差較小。4.某小組做測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙。①下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度______。A.選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B.選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C.選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn)D.插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些②該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn)，記錄的玻璃磚界線和四個(gè)大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是______。③該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄，在白紙上畫(huà)出光線的徑跡，以入射點(diǎn)為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于、點(diǎn)，再過(guò)、點(diǎn)作法線的垂線，垂足分別為、點(diǎn)，如圖所示，則玻璃的折射率______。（用圖中線段的字母表示）【答案】(1).AD(2).D(3).【解析】【詳解】采用插針?lè)y(cè)定光的折射率的時(shí)候，應(yīng)選定光學(xué)表面間距大一些的玻璃磚，這樣光路圖會(huì)更加清晰，減小誤差，同時(shí)兩枚大頭針的距離盡量大一些，保證光線的直線度，因此AD正確，光學(xué)表面是否平行不影響該實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，因此B錯(cuò)誤，應(yīng)選用細(xì)一點(diǎn)的大頭針因此C錯(cuò)誤。根據(jù)光的折射定律可知當(dāng)選用平行的玻璃磚時(shí)出射光和入射光應(yīng)是平行光，又因發(fā)生了折射因此出射光的出射點(diǎn)應(yīng)相比入射光的延長(zhǎng)線向左平移，因此D正確，ABC錯(cuò)誤由折射定律可知折射率，，，聯(lián)立解得5.“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中,在玻璃磚的一側(cè)豎直插兩個(gè)大頭針A、B，在另一側(cè)再豎直插兩個(gè)大頭針C、D.在插入第四個(gè)大頭針D時(shí),要使它_________________.題12B-2圖是在白紙上留下的實(shí)驗(yàn)痕跡，其中直線a、a'是描在紙上的玻璃磚的兩個(gè)邊.根據(jù)該圖可算得玻璃的折射率n=__________。(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)地震時(shí)，震源會(huì)同時(shí)產(chǎn)生兩種波，一種是傳播速度約為3.5km/s的S波,另一種是傳播速度約為7.0km/s的P波.一次地震發(fā)生時(shí),某地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)記錄到首次到達(dá)的P波比首次到達(dá)的S波早3min。假定地震波沿直線傳播，震源的振動(dòng)周期為1.2s，求震源與監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離x和S波的波長(zhǎng).λ【答案】（1）C（2）擋住C及A、B的像；1.8（1.6~1.9都算對(duì)）（3）4.2km【解析】（1）白熾燈光為自然光，經(jīng)過(guò)P后為偏振光。旋轉(zhuǎn)偏振片P，A處得到的是始終強(qiáng)度相同的偏振光，偏振光再經(jīng)過(guò)偏振片，在B處的光強(qiáng)隨著P轉(zhuǎn)動(dòng)而變化，當(dāng)Q的透振方向與經(jīng)過(guò)P的偏振光的振動(dòng)方向垂直時(shí)，B處的光強(qiáng)為0。(2)插在D點(diǎn)的大頭針必須擋住C及A、B的像，這樣才保證沿A、B的光線經(jīng)過(guò)C、D；作出光路圖如圖所示，以入射點(diǎn)O為圓心作圓，交入射光線與折射光線于E、F，從E、F作法線的垂線交法線于G、H，用刻度尺量出EG、FH的長(zhǎng)，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）設(shè)P波的傳播時(shí)間為t，則解得代入數(shù)據(jù)得x=1260km，由λ=vsT，解得λ=4.2km6.【浙江省2021年高考真題】(2)小明同學(xué)在做“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)只有3枚大頭針，他把大頭針A、B、C插在如圖所示位置，并測(cè)出了玻璃的折射率。請(qǐng)?jiān)诖痤}紙相應(yīng)方框中畫(huà)出光路圖，標(biāo)出入射角i和折射角r，并寫(xiě)出折射率n的計(jì)算式。____________【答案】(1).ACD(2).Ⅱ(3).能(4).(5).【解析】(1)[1]A．題中需要將盤(pán)和砝碼的重力可當(dāng)作牽引力，所以首先需要補(bǔ)償小車(chē)受到阻力的影響，即抬高長(zhǎng)木板右端，小車(chē)在不接盤(pán)和砝碼的情況下，輕推小車(chē)，使小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明小車(chē)重力沿斜面的分力與小車(chē)所受阻力等大反向，A正確；D．然后掛上盤(pán)與砝碼，根據(jù)牛頓第二定律對(duì)小車(chē)，根據(jù)牛頓第二定律兩式相比解得繩子拉力當(dāng)滿(mǎn)足盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量，即，盤(pán)和砝碼的重力可當(dāng)作牽引力，D正確；B．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中摩擦阻力無(wú)法消除，本實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)法驗(yàn)證“機(jī)械能守恒定律”故B錯(cuò)誤C．細(xì)線與長(zhǎng)木板平行需要平行，保證繩子的拉力與小車(chē)運(yùn)動(dòng)方向一致，這樣盤(pán)和砝碼的重力可完全當(dāng)作牽引力，C正確。故選ACD。[2]小車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，位移逐漸增大，所以實(shí)驗(yàn)打出的紙帶是第II條。[3]根據(jù)動(dòng)能定理可知，圖像的斜率為，據(jù)能求出小車(chē)的質(zhì)量。(2)[4]光路圖如圖所示[5]根據(jù)折射定律可知。7.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OA間的距離為20.00cm，AB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.玻璃的折射率n＝________，光在玻璃中傳播速度v＝________m/s(光在真空中傳播速度c＝3.0×108m/s，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字).【答案】①.1.2②.2.5×108m/s.【解析】第一空、作出光路圖如圖所示，根據(jù)幾何知識(shí)可得入射角i＝45°，設(shè)折射角為r，則tanr＝，故折射率n＝第二空、光在玻璃介質(zhì)中的傳播速度＝2.5×108m/s.8.在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，（1）下列給出的實(shí)驗(yàn)器材中，本實(shí)驗(yàn)需要用到的有______。A、B、C、D、（2）實(shí)驗(yàn)中，下列做法正確的是______（填選項(xiàng)前的字母）。A．入射角不宜太小B．為了測(cè)量的準(zhǔn)確性，必須選用平行玻璃磚來(lái)測(cè)量C．在白紙上放好玻璃磚后，可以用鉛筆貼著光學(xué)面畫(huà)出界面D．為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)該改變?nèi)肷浣堑拇笮?，多做幾次?shí)驗(yàn)（3）該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄，在白紙上畫(huà)出光線的徑跡，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(guò)A、B點(diǎn)作法線NN′的垂線，垂足分別為C、D點(diǎn)，如圖所示，則玻璃的折射率n＝______。（用圖中線段的字母表示）【答案】①.BCD②.AD③.【解析】（1）[1]用插針?lè)y(cè)量折射率，在實(shí)驗(yàn)中需要