2025年高考物理復(fù)習(xí)十六：測(cè)量玻璃的折射率（含解析）

PAGE實(shí)驗(yàn)搶分專練(十六)測(cè)量玻璃的折射率(40分鐘60分)1.(6分)(多選)測(cè)定玻璃的折射率時(shí),為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,應(yīng)注意的是 ()A.玻璃磚的厚度宜大些B.入射角應(yīng)盡量小些C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上D.大頭針P1、P2及P3、P4之間的距離應(yīng)適當(dāng)大些2.(6分)(2023·南通模擬)小明同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室里用插針?lè)y(cè)平行玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中,已確定好入射方向AO,插了兩枚大頭針P1和P2,如圖所示(①②③是三條直線)。對(duì)于以后的操作,下列說(shuō)法中你認(rèn)為正確的是 ()A.在bb'側(cè)調(diào)整觀察視線,另兩枚大頭針P3和P4可能插在①線上B.在bb'側(cè)調(diào)整觀察視線,另兩枚大頭針P3和P4可能插在③線上C.若保持O點(diǎn)不動(dòng),減小入射角,在bb'側(cè)調(diào)整觀察視線,另外兩枚大頭針P3和P4可能插在①線上D.若保持O點(diǎn)不動(dòng),增大入射角,在bb'側(cè)調(diào)整觀察視線,看不清P1和P2的像,這可能是光在bb'界面發(fā)生全反射3.(6分)小柯同學(xué)在學(xué)校里做了“測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)”,回到家里他發(fā)現(xiàn),家里就有一塊呈長(zhǎng)方體的透明厚玻璃磚,他還找來(lái)了一支激光筆、一塊泡沫板、一張白紙、幾根牙簽,就開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)。他操作時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)牙簽遮擋住細(xì)激光束時(shí),牙簽上會(huì)有耀眼光斑(如圖甲所示),此時(shí)按下牙簽,就可在白紙上記下激光束經(jīng)過(guò)的一個(gè)位置。請(qǐng)問(wèn)小柯同學(xué)要完成圖乙光路至少需要幾根牙簽 ()A.1根B.2根C.3根D.4根4.(6分)(2023·海南等級(jí)考)用激光測(cè)玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中,玻璃磚與屏P平行放置,從另一側(cè)用激光筆以一定角度照射,此時(shí)在屏上的S1處有激光點(diǎn),移走玻璃磚,光點(diǎn)移到S2處。(1)請(qǐng)畫(huà)出激光束經(jīng)玻璃折射后完整的光路圖;(2)已經(jīng)測(cè)出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,則折射率n=____________。

(3)若改用寬ab更小的玻璃磚做實(shí)驗(yàn),則S1S2間的距離會(huì)__________(選填“變大”“變小”或“不變”)。

5.(9分)某同學(xué)在做“測(cè)定玻璃折射率”的實(shí)驗(yàn)時(shí)已經(jīng)畫(huà)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)需在玻璃磚下表面折射出的光線上插上P3和P4大頭針,便能確定光在玻璃磚中的折射光線。(1)確定P3位置的方法正確的是 ()A.透過(guò)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)P3擋住P4的位置C.透過(guò)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(huà)出玻璃磚中光線的折射角θ2;(3)經(jīng)過(guò)多次測(cè)量作出sinθ1-sinθ2的圖像如圖乙,玻璃磚的折射率為_(kāi)_______;(保留三位有效數(shù)字)

(4)若該同學(xué)在確定P4位置時(shí),被旁邊同學(xué)碰了一下,不小心把P4位置畫(huà)得偏左了一些,則測(cè)出來(lái)的折射率__________(選填“偏大”“偏小”或“不變”);

(5)該同學(xué)突發(fā)奇想用兩塊同樣的玻璃直角棱鏡ABC來(lái)做實(shí)驗(yàn),兩者的AC面是平行放置的,大頭針P1、P2的連線垂直于AB面,若操作無(wú)誤,則在圖丙中右邊的大頭針應(yīng)該是 ()A.P3P6B.P3P8C.P5P6D.P7P86.(9分)(1)在測(cè)定玻璃的折射率時(shí),實(shí)驗(yàn)室提供了多種形狀的玻璃磚供同學(xué)們使用,某實(shí)驗(yàn)小組使用兩種不同形狀的玻璃磚進(jìn)行實(shí)驗(yàn),他們?cè)诩埳袭?huà)出的界面aa'、bb'與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖①②所示,他們的其他操作均正確,下列說(shuō)法正確的是_______A.學(xué)習(xí)小組沒(méi)有量角器和圓規(guī),利用刻度尺和三角板也可以測(cè)出玻璃磚的折射率B.光線從矩形玻璃磚上表面入射后,再?gòu)南卤砻嫔涑?可能在下表面發(fā)生全反射C.圖①測(cè)得的折射率比真實(shí)值小D.圖②測(cè)得的折射率比真實(shí)值大(2)另一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組使用半圓柱玻璃磚測(cè)定玻璃的折射率,他們的操作步驟如下:A.用毫米刻度尺量出半圓柱玻璃磚的直徑d,然后確定圓心的位置,記在玻璃磚上;B.在白紙上畫(huà)一條直線作為入射光線,并在入射光線上插兩枚大頭針P1和P2;C.讓入射光線與玻璃磚的直徑垂直,入射光線經(jīng)過(guò)圓心O;D.以垂直于紙面過(guò)圓心O的直線為軸,緩慢逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃磚,同時(shí)調(diào)整視線方向,直到從玻璃磚下方恰好看不到P2和P1的像,然后沿半圓柱玻璃磚的直徑畫(huà)一條直線AB,過(guò)O畫(huà)AB的垂線與半圓交于C點(diǎn),過(guò)圓上的C點(diǎn)作垂直于OP1的直線交OP1于D,如圖所示:①看不到P2和P1的像是因?yàn)榘l(fā)生了________;

②只使用毫米刻度尺,且計(jì)算簡(jiǎn)潔,還需要測(cè)量________(選填“OD”或“CD”)的長(zhǎng)度,記作l;

③玻璃磚的折射率的表達(dá)式n=______________。

7.(9分)某校開(kāi)展研究性學(xué)習(xí),某研究小組根據(jù)光學(xué)知識(shí),設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)液體折射率的儀器,如圖所示。在一個(gè)圓盤(pán)上,過(guò)其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF。在半徑OA上,垂直盤(pán)面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變。每次測(cè)量時(shí)讓圓盤(pán)的下半部分豎直浸入液體中,而且總使得液面與直徑BC相平,EF作為界面的法線,而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2。同學(xué)們通過(guò)計(jì)算,預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值,這樣只要根據(jù)P3所插的位置,就可以直接讀出液體折射率的值。(1)若∠AOF=30°,OP3與OC之間的夾角為45°,則在P3處刻的刻度值為_(kāi)_______。

(2)若在同一液體中沿AO方向射入一束白光,出射點(diǎn)P3最靠近OC邊的是________色的光,增大入射角度,________色的光在刻度盤(pán)上先消失。

8.(9分)在做測(cè)量介質(zhì)折射率的分組實(shí)驗(yàn)時(shí),其中有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組用不同的介質(zhì)做的實(shí)驗(yàn)情況如下:(1)甲組同學(xué)在做測(cè)玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)時(shí),用他們測(cè)得的多組入射角i與折射角r作出sini-sinr圖像如圖甲所示,設(shè)0.67=23,則該玻璃的折射率為_(kāi)_______。光線是A“從空氣射入玻璃”的還是B“從玻璃射入空氣”的?答:________(選填“A”或“B”)。(2)乙組同學(xué)先畫(huà)出圖乙所示的坐標(biāo)系,再在y<0區(qū)域放入某透明介質(zhì)(以x軸為界面),并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分別標(biāo)記了折射光線、入射光線、反射光線通過(guò)的一個(gè)點(diǎn),它們的坐標(biāo)分別為A(8,3)、B(1,-4)、C(7,-4),則:①入射點(diǎn)O'(圖中未標(biāo)出)的坐標(biāo)為_(kāi)_______;

②通過(guò)圖中數(shù)據(jù)可以求得該介質(zhì)的折射率n=________。(保留小數(shù)點(diǎn)后兩位)

解析版1.(6分)(多選)測(cè)定玻璃的折射率時(shí),為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,應(yīng)注意的是 ()A.玻璃磚的厚度宜大些B.入射角應(yīng)盡量小些C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上D.大頭針P1、P2及P3、P4之間的距離應(yīng)適當(dāng)大些【解析】選A、C、D。玻璃磚厚度選大些,可減小測(cè)量誤差;大頭針垂直插在紙面上以及大頭針P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些,可減小確定光路方向時(shí)的誤差,A、C、D正確;入射角較小時(shí),測(cè)量誤差較大,B錯(cuò)誤。2.(6分)(2023·南通模擬)小明同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室里用插針?lè)y(cè)平行玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中,已確定好入射方向AO,插了兩枚大頭針P1和P2,如圖所示(①②③是三條直線)。對(duì)于以后的操作,下列說(shuō)法中你認(rèn)為正確的是 ()A.在bb'側(cè)調(diào)整觀察視線,另兩枚大頭針P3和P4可能插在①線上B.在bb'側(cè)調(diào)整觀察視線,另兩枚大頭針P3和P4可能插在③線上C.若保持O點(diǎn)不動(dòng),減小入射角,在bb'側(cè)調(diào)整觀察視線,另外兩枚大頭針P3和P4可能插在①線上D.若保持O點(diǎn)不動(dòng),增大入射角,在bb'側(cè)調(diào)整觀察視線,看不清P1和P2的像,這可能是光在bb'界面發(fā)生全反射【解析】選C。光線通過(guò)平行玻璃磚后,根據(jù)折射定律得知,出射光線與入射光線平行,故在bb'側(cè)調(diào)整觀察視線,另兩枚大頭針P3和P4不可能插在①線上,故A錯(cuò)誤;由折射定律得知,光線通過(guò)平行玻璃磚后向一側(cè)發(fā)生側(cè)移,因?yàn)楣饩€在上表面折射時(shí),折射角小于入射角,則出射光線向②一側(cè)偏移,另兩枚大頭針P3和P4不可能插在③線上,故B錯(cuò)誤;若保持O點(diǎn)不動(dòng),減小入射角,出射光線折射角也減小,另外兩枚大頭針P3和P4可能插在①線上,故C正確;若保持O點(diǎn)不動(dòng),增大入射角,反射光增強(qiáng),折射光線減弱,在bb'側(cè)調(diào)整觀察視線,看不清P1和P2的像,根據(jù)光路可逆性原理得知,光線不可能在bb'界面發(fā)生全反射,故D錯(cuò)誤。3.(6分)小柯同學(xué)在學(xué)校里做了“測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)”,回到家里他發(fā)現(xiàn),家里就有一塊呈長(zhǎng)方體的透明厚玻璃磚,他還找來(lái)了一支激光筆、一塊泡沫板、一張白紙、幾根牙簽,就開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)。他操作時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)牙簽遮擋住細(xì)激光束時(shí),牙簽上會(huì)有耀眼光斑(如圖甲所示),此時(shí)按下牙簽,就可在白紙上記下激光束經(jīng)過(guò)的一個(gè)位置。請(qǐng)問(wèn)小柯同學(xué)要完成圖乙光路至少需要幾根牙簽 ()A.1根B.2根C.3根D.4根【解析】選A。在激光束的這一側(cè)不需要牙簽就能記錄入射光線的位置;當(dāng)激光線射過(guò)玻璃磚后,出射點(diǎn)的位置能觀察到,只需再用一根牙簽就能記錄出射光線的位置,故選A。4.(6分)(2023·海南等級(jí)考)用激光測(cè)玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中,玻璃磚與屏P平行放置,從另一側(cè)用激光筆以一定角度照射,此時(shí)在屏上的S1處有激光點(diǎn),移走玻璃磚,光點(diǎn)移到S2處。(1)請(qǐng)畫(huà)出激光束經(jīng)玻璃折射后完整的光路圖;(2)已經(jīng)測(cè)出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,則折射率n=____________。

(3)若改用寬ab更小的玻璃磚做實(shí)驗(yàn),則S1S2間的距離會(huì)__________(選填“變大”“變小”或“不變”)。

【解析】(1)根據(jù)題意結(jié)合光的傳播情況作出光路圖如圖所示:(2)根據(jù)光的折射定律可得:n=sin根據(jù)幾何關(guān)系可得:sini=ABABsinr=ACOC=AB-聯(lián)立解得:n=l(3)若玻璃磚寬度變小,相當(dāng)于把a(bǔ)d邊下移,與兩條光線的交點(diǎn)距離變小,即BC變小,那S1S2也會(huì)變小。答案:(1)光路圖見(jiàn)解析(2)l1(l5.(9分)某同學(xué)在做“測(cè)定玻璃折射率”的實(shí)驗(yàn)時(shí)已經(jīng)畫(huà)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)需在玻璃磚下表面折射出的光線上插上P3和P4大頭針,便能確定光在玻璃磚中的折射光線。(1)確定P3位置的方法正確的是 ()A.透過(guò)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)P3擋住P4的位置C.透過(guò)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(huà)出玻璃磚中光線的折射角θ2;(3)經(jīng)過(guò)多次測(cè)量作出sinθ1-sinθ2的圖像如圖乙,玻璃磚的折射率為_(kāi)_______;(保留三位有效數(shù)字)

(4)若該同學(xué)在確定P4位置時(shí),被旁邊同學(xué)碰了一下,不小心把P4位置畫(huà)得偏左了一些,則測(cè)出來(lái)的折射率__________(選填“偏大”“偏小”或“不變”);

(5)該同學(xué)突發(fā)奇想用兩塊同樣的玻璃直角棱鏡ABC來(lái)做實(shí)驗(yàn),兩者的AC面是平行放置的,大頭針P1、P2的連線垂直于AB面,若操作無(wú)誤,則在圖丙中右邊的大頭針應(yīng)該是 ()A.P3P6B.P3P8C.P5P6D.P7P8【解析】(1)確定P3位置的方法正確的是:透過(guò)玻璃磚觀察,使P3擋住P1、P2的像,故選C;(2)光路如圖:(3)根據(jù)n=sinθ1sinθ2可知,圖像sinθ1-sinθ2的斜率等于折射率,由圖像可知玻璃磚的折射率為n=(4)若該同學(xué)在確定P4位置時(shí),被旁邊同學(xué)碰了一下,不小心把P4位置畫(huà)得偏左了一些,則P4P3的連線與bb'的交點(diǎn)偏右,測(cè)得的折射角θ2偏大,則根據(jù)n=sinθ1sinθ(5)光路圖如圖所示根據(jù)光路圖可知,經(jīng)過(guò)P1P2的光線經(jīng)兩塊玻璃磚的分界處向下偏轉(zhuǎn),然后射入右側(cè)玻璃磚后平行射出,所以在圖丙中右邊的大頭針應(yīng)該是P5P6,故選C。答案:(1)C(2)見(jiàn)解析(3)1.49(4)偏小(5)C6.(9分)(1)在測(cè)定玻璃的折射率時(shí),實(shí)驗(yàn)室提供了多種形狀的玻璃磚供同學(xué)們使用,某實(shí)驗(yàn)小組使用兩種不同形狀的玻璃磚進(jìn)行實(shí)驗(yàn),他們?cè)诩埳袭?huà)出的界面aa'、bb'與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖①②所示,他們的其他操作均正確,下列說(shuō)法正確的是_______A.學(xué)習(xí)小組沒(méi)有量角器和圓規(guī),利用刻度尺和三角板也可以測(cè)出玻璃磚的折射率B.光線從矩形玻璃磚上表面入射后,再?gòu)南卤砻嫔涑?可能在下表面發(fā)生全反射C.圖①測(cè)得的折射率比真實(shí)值小D.圖②測(cè)得的折射率比真實(shí)值大(2)另一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組使用半圓柱玻璃磚測(cè)定玻璃的折射率,他們的操作步驟如下:A.用毫米刻度尺量出半圓柱玻璃磚的直徑d,然后確定圓心的位置,記在玻璃磚上;B.在白紙上畫(huà)一條直線作為入射光線,并在入射光線上插兩枚大頭針P1和P2;C.讓入射光線與玻璃磚的直徑垂直,入射光線經(jīng)過(guò)圓心O;D.以垂直于紙面過(guò)圓心O的直線為軸,緩慢逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃磚,同時(shí)調(diào)整視線方向,直到從玻璃磚下方恰好看不到P2和P1的像,然后沿半圓柱玻璃磚的直徑畫(huà)一條直線AB,過(guò)O畫(huà)AB的垂線與半圓交于C點(diǎn),過(guò)圓上的C點(diǎn)作垂直于OP1的直線交OP1于D,如圖所示:①看不到P2和P1的像是因?yàn)榘l(fā)生了________;

②只使用毫米刻度尺,且計(jì)算簡(jiǎn)潔,還需要測(cè)量________(選填“OD”或“CD”)的長(zhǎng)度,記作l;

③玻璃磚的折射率的表達(dá)式n=______________。

【解析】(1)在入射光線和折射光線上取兩個(gè)離入射點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn),分別向法線作垂線,用刻度尺量出入射角和折射角的對(duì)邊和斜邊的長(zhǎng)度,求出入射角和折射角的正弦值,根據(jù)折射定律求出折射率,故A正確;由于上下表面平行,光線從上表面射入下表面射出,入射角等于出射角且小于90°,則不可能在下表面發(fā)生全反射,故B錯(cuò)誤;在圖①中,通過(guò)作圖的方法,根據(jù)幾何關(guān)系可知,所得到的光在介質(zhì)中的折射角偏大,則所測(cè)得的折射率偏小,故C正確;在圖②中,只要操作正確,測(cè)量結(jié)果與玻璃磚的形狀無(wú)關(guān),測(cè)得的折射率等于真實(shí)值,故D錯(cuò)誤。(2)①?gòu)牟ＡТu下方恰好看不到P2和P1的像,說(shuō)明沒(méi)有光線射出玻璃磚,則P2和P1的像是發(fā)生了全反射。②③根據(jù)sinC=1n得n=1sinC,可知只需要知道臨界角的正弦值就可以得到折射率,即只需要測(cè)量出CD的長(zhǎng)度l,可得sinC=ld2=2l答案:(1)A、C(2)①全反射②CD③d7.(9分)某校開(kāi)展研究性學(xué)習(xí),某研究小組根據(jù)光學(xué)知識(shí),設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)液體折射率的儀器,如圖所示。在一個(gè)圓盤(pán)上,過(guò)其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF。在半徑OA上,垂直盤(pán)面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變。每次測(cè)量時(shí)讓圓盤(pán)的下半部分豎直浸入液體中,而且總使得液面與直徑BC相平,EF作為界面的法線,而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2。同學(xué)們通過(guò)計(jì)算,預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值,這樣只要根據(jù)P3所插的位置,就可以直接讀出液體折射率的值。(1)若∠AOF=30°,OP3與OC之間的夾角為45°,則在P3處刻的刻度值為_(kāi)_______。

(2)若在同一液體中沿AO方向射入一束白光,出射點(diǎn)P3最靠近OC邊的是________色的光,增大入射角度,________色的光在刻度盤(pán)上先消失。

【解析】(1)由圖可知,∠AOF是入射角,∠EOP3是折射角,但在定義折射率時(shí),光是從真空或空氣射向介質(zhì)