(江蘇專版)2020版高考物理一輪復(fù)習 第十三章 實驗十三 測定玻璃的折射率講義(含解析).doc
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測定玻璃的折射率 突破點(一) 實驗原理與操作 [例1] 在測定平行玻璃磚的折射率的實驗中: (1)P1、P2是插在入射光線所在位置上的大頭針,P3、P4是插在出射光線所在位置上的大頭針,則下面說法中正確的是__________。 A.P1、P2、P3、P4應(yīng)在同一條直線上 B.隔著玻璃磚觀察,看到的P1、P2、P3、P4應(yīng)在同一條直線上 C.插針時,P1和P2、P3和P4之間的距離應(yīng)盡量小一些 D.插針時,P1和P2、P3和P4之間的距離應(yīng)適當大一些 (2)用上述插針法是否能夠測定非平行玻璃磚的折射率?答:________(選填“能”或“不能”)。 [解析] (1)根據(jù)實驗原理,由于P1、P2是插在入射光線所在位置上,P3、P4是插在出射光線所在位置上,讓P3擋住P1、P2的像,P4擋住P3以及P1、P2的像,故隔著玻璃磚觀察,看到P1、P2、P3、P4應(yīng)在同一條直線上,故選項A錯誤,B正確;P1、P2間距和P3、P4間距較大時,相同的偏轉(zhuǎn)距離引起的角度誤差會小些,因此為減小誤差,P1、P2間距和P3、P4間距應(yīng)適當大一些,故C錯誤,D正確。 (2)用插針法“測定玻璃磚折射率”的實驗原理是折射定律:n=,只要作出光路圖,能找出入射角和折射角即可求出折射率,所以本方法可以求出兩邊不平行的玻璃磚的折射率。 [答案] (1)BD (2)能 [集訓(xùn)沖關(guān)] 1.[多選](2019南京模擬)某同學(xué)用插針法測量平行玻璃磚折射率的實驗如圖所示。他按正確的方法插上大頭針a、b、c、d。下列說法正確的是( ) A.實驗中,入射角應(yīng)適當大些 B.該同學(xué)在插大頭針d時,使d擋住c和a、b的像 C.若入射角太大,光會在玻璃磚內(nèi)表面發(fā)生全反射 D.玻璃磚的平行邊是直線,可以代替刻度尺畫界線 解析:選AB 為了減小角度測量的相對誤差,入射角應(yīng)適當大一些,但不能太大,否則出射光線太弱,A正確;該同學(xué)在插大頭針d時,使d擋住c和a、b的像,由此確定出射光線的方向,B正確;由幾何知識可知,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,光線一定會從下表面射出,折射光線不會在玻璃磚的內(nèi)表面發(fā)生全反射,C錯誤;實驗中禁止用玻璃磚代替刻度尺畫線,并避免用手觸摸玻璃磚的光學(xué)面,D錯誤。 2.[多選](2019鹽城期末)如圖所示,插針法“測定平行玻璃磚折射率”的實驗中,P1、P2、P3、P4為所插的針,θ1為入射角,θ2為折射角。下列說法正確的是( ) A.θ1過小會導(dǎo)致θ2不易準確測量 B.θ1過大會導(dǎo)致P1、P2的像模糊 C.P1與P2,P3與P4間的距離適當小些 D.P3、P4的連線與P1、P2的連線不一定平行 解析:選AB 入射角θ1過小,進入玻璃時折射角θ2更小,不易準確測量,故A正確; θ1過大會導(dǎo)致進入玻璃的折射光過弱,P1、P2的像模糊,故B正確;P1、P2及P3、P4之間的距離應(yīng)適當大些,引起的角度的相對誤差較小,可提高精度,故C錯誤;根據(jù)光路可逆性原理可知,P3、P4的連線與P1、P2的連線一定平行,故D錯誤。 3.如圖所示,畫有直角坐標系xOy的白紙位于水平桌面上。M是放在白紙上的半圓形玻璃磚,其底面的圓心在坐標原點,直邊與x軸重合。OA是畫在紙上的直線,P1、P2為豎直地插在直線OA上的兩枚大頭針, P3是豎直地插在紙上的第三枚大頭針,α是直線OA與y軸正方向的夾角,β是直線OP3與y軸負方向的夾角。只要直線OA畫得合適,且P3的位置取得正確,測出角α和β,便可求得玻璃的折射率。某學(xué)生在用上述方法測量玻璃的折射率時,在他畫出的直線OA上豎直地插上了P1、P2兩枚大頭針,但在y<0的區(qū)域內(nèi),不管眼睛放在何處,都無法透過玻璃磚看到P1、P2的像,他應(yīng)采取的措施是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ______________________________。若他已透過玻璃磚看到P1、P2的像,確定P3位置的方法是_____________________________________________________________ ________________________________________________________________________。若他 已正確地測得了α、β的值,則玻璃的折射率n=________。 解析:由題,在y<0的區(qū)域內(nèi),不管眼睛放在何處,都無法透過玻璃磚看到P1、P2的像,是因為α角太大,光線在半圓形玻璃磚下表面發(fā)生了全反射。若他已透過玻璃磚看到了P1、P2的像,確定P3位置的方法是豎直地插上P3后,P3剛好能擋住P1、P2的像,根據(jù)折射率公式得到:n=。 答案:另畫一條更靠近y軸正方向的直線OA,把大頭針P1、P2豎直地插在所畫的直線上,直到在y<0區(qū)域透過玻璃磚能看到P1、P2的像 豎直插上大頭針P3,使P3剛好能擋住P1、P2的像 突破點(二) 數(shù)據(jù)處理與誤差分析 [例2] 某校開展研究性學(xué)習,某研究小組根據(jù)光學(xué)知識,設(shè)計了一個測液體折射率的儀器。如圖所示,在一個圓盤上,過其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF。在半徑OA上,垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變。每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中,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,在圓周EC部分插上P3,使P3擋住P1、P2的像。同學(xué)們通過計算,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30,則P3處刻的折射率的值為________ 。 (2)圖中P3、P4兩處,對應(yīng)折射率大的是________ 。 (3)做AO的延長線交圓周于K,K處對應(yīng)的折射率為________。 [解析] (1)由題圖看出,入射角為i=∠AOF=30, 折射角r=∠EOP3=60, 則P3處所對應(yīng)的折射率的值為n===。 (2)P4處對應(yīng)的折射角較大,根據(jù)折射定律,n=,可知P4處對應(yīng)的折射率較大。 (3)作AO的延長線交圓周于K,這種情況下入射角與折射角相等,則知K處所對應(yīng)的折射率的值是1。 [答案] (1)或1.73 (2)P4 (3)1 [集訓(xùn)沖關(guān)] 4.某同學(xué)利用“插針法”測定玻璃的折射率,所用的玻璃磚兩面平行,正確操作后,作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖甲所示。 (1)此玻璃磚的折射率計算式為n=________(用圖中θ1、θ2表示)。 (2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇,為了減小誤差,應(yīng)選用寬度________(選填“大”或“小”)的玻璃磚來測量。 (3)若某同學(xué)選用如圖乙所示的玻璃磚,AA′、BB′為畫出的邊界,則測得的折射率與真實值相比__________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。 解析:(1)由題圖得到,光線在玻璃磚上表面的入射角為i=90-θ1,折射角為r=90-θ2,根據(jù)折射定律得n===。 (2)在有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇時,玻璃磚寬度較大時,引起的角度誤差較小。 (3)測折射率時,只要操作正確,與玻璃磚形狀無關(guān),測量值與真實值相比不變。 答案:(1) (2)大 (3)不變 5.如圖所示,是利用插針法測定玻璃磚的折射率的實驗得到的光路圖。玻璃磚的入射面AB和出射面CD并不平行,則 (1)出射光線與入射光線____________(填“仍平行”或“不再平行”)。 (2)以入射點O為圓心,以R=5 cm長度為半徑畫圓,與入射光線PO交于M點,與折射光線OQ交于F點,過M、F點分別向法線作垂線,量得MN=1.68 cm,EF=1.12 cm,則該玻璃磚的折射率n=________。 解析:(1)因為上下表面不平行,光線在上表面的折射角與在下表面的入射角不等,則出射光線的折射角與入射光線的入射角不等,可知出射光線和入射光線不平行。 (2)根據(jù)折射定律得,n====1.5。 答案:(1)不再平行 (2)1.5 6.在“測定玻璃的折射率”實驗中: (1)為了取得較好的實驗效果,下列操作正確的是_______。 A.必須選用上下表面平行的玻璃磚 B.選擇的入射角應(yīng)盡量小些 C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上 D.大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離盡量小些 (2)某同學(xué)在測量入射角和折射角時,由于沒有量角器,在完成了光路圖以后,以O(shè)點為圓心,OA為半徑畫圓,交OO′延長線于C點,過A點和C點作垂直法線的直線分別交于B點和D點,如圖甲所示,若他測得AB=6 cm,CD=4 cm,則可求出玻璃的折射率n=__________。 (3)某同學(xué)在畫界面時,不小心將兩界面aa′、bb′間距畫得比玻璃磚寬度大些,如圖乙所示,則他測得的折射率________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。 解析:(1)用插針法測定玻璃的折射率時,玻璃磚上下表面不一定要平行,故A錯誤;為了減小測量的相對誤差,選擇的入射角應(yīng)盡量大些,效果會更好,故B錯誤;為了準確確定入射光線和折射光線,大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上,故C正確;大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當大些時,相同的距離誤差引起的角度誤差會減小,角度的測量誤差會小些,故D錯誤。 (2)圖中P1P2為入射光線,OO′是折射光線,設(shè)光線在玻璃磚上表面的入射角為i,折射角為r,則由幾何知識得到: sin i=,sin r= 又AO=OC, 則折射率:n===1.5。 (3)用插針法“測定玻璃磚折射率”的實驗原理是折射定律n=。 某同學(xué)畫出的aa′和bb′都比實際向外側(cè)平移了一些,但在畫光路圖時,將入射點、出射點分別確定在aa′、bb′上,如圖所示,實線表示實際的光路圖,虛線表示畫圖時的光路圖,入射角測量沒有誤差,而折射角偏大,則根據(jù)折射定律得知,測出的折射率n將偏小。 答案:(1)C (2)1.5 (3)偏小- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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