实验17 测定玻璃的折射率(练习题)-2016届高三物理下册(解析版)

实验17 测定玻璃的折射率――练
1．关于“测定玻璃折射率”的实验中，下列说法中不正确的是()
A．有一组入射角(θ1≠0)和折射角，便可以得出玻璃的折射率；
B．在本实验中采用玻璃砖，这是因为只有玻璃砖才能测出玻璃的折射率；
C．本实验的各项步骤，都是为了找到给定的入射角的折射角而设计的；
D．棱镜、半圆形玻璃砖等都可以用来测定玻璃的折射率．
【答案】B
【解析】并不是只有玻璃砖才可以测出玻璃的折射率，用玻璃三棱镜、圆形玻璃柱等都是可以测出玻璃折射率的，选项B是不正确的。

2、“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D.在插入第四个大头针D时，要使它________．如图1所示是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a′是描在纸上的玻璃砖的两个边．根据该图可算得玻璃的折射率n＝________.（计算结果保留两位有效数字）”
【答案】见解析
3、某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示．
（1）此玻璃的折射率计算式为n＝________（用图中的θ1、θ2表示）；
（2）如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________（填“大”或“小”）的玻璃砖来测量．
【答案】见解析
4、学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示．在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：
（1）若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为________．
（2）图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率的值大？
答：________________________________________________________________________.
（3）作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为________．
【答案】（1）3；（2）P4处对应的折射率的值大；（3）1
5、在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图1所示．
（1）在图中画出完整的光路图；
（2）对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________（保留3位有效数字）．（3）为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________（填“A”或“B”）．
【答案】见解析
6、某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率（如图2所示）．实验的主要过程如下：
A．把白纸用图钉钉在木板上，在白纸上作出直角坐标系xOy，在白纸上画一条线段AO表示入射光线．B．把半圆形玻璃砖M放在白纸上，使其底边aa′与Ox轴重合．
C．用一束平行于纸面的激光从y>0区域沿y轴负方向射向玻璃砖，并沿x轴方向调整玻璃砖的位置，使这束激光从玻璃砖底面射出后，仍沿y轴负方向传播．
D．在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2.
E．在坐标系y<0的区域内竖直地插上大头针P3，并使得从P3一侧向玻璃砖方向看去，P3能同时挡住P1和P2.
F．移开玻璃砖，连接O、P3，用圆规以O点为圆心画一个圆（如图中虚线所示），此圆与AO线交点为B，与OP3线的交点为C.确定出B点到x轴、y轴的距离分别为x1、y1，C点到x轴、y轴的距离分别为x2、y2.
①若实验中该同学没有将玻璃砖的底边aa′与Ox轴重合，而是向y>0方向侧移了一些，这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比________．（选填“偏大”、“不变”或“偏小”）
②若实验中该同学在y<0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2，为能透过玻璃砖看到P1、P2，应采取的措施是：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
【答案】①偏大；②重新画线段AO；减小AO与y轴间的夹角（或逆时针转动玻璃砖，重新画坐标系）
7、（1））如图所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的____面不能用手直接接触．
在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为d、e两点，如图9所示．计算折射率时，用______（填“d”或“e”）点得到的值较小，用________（填“d”或“e”）点得到的值误差较小．
【答案】光学；d；e
8、某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时，先在白纸上作一与圆柱横截面相同的圆，圆心为0。

将圆柱形玻璃的底面与圆重合放在白纸上。

在圆柱形玻璃一侧适当位置竖直插两枚大头针P1和P2，在另一侧适当位置先后插两枚大头针P3和P4，先使P3能够挡住P2、P1的像，再插大头针P4时，使P4能够档住P3和P2,P1的像。

移去圆柱形玻璃和大头针后,得图7所示的痕迹。

①图中已画出P 1P 2的入射光线，请在图中补画出完整的光路图，并标出光从玻璃射入 空气的入射角θ1和折射角θ2。

②用入射角θ1和折射角θ2表示玻璃折射率的表达式为n =_______。

【答案】（1）见下图（2）21
sin sin θθ
【解析】 试题分析：（1）连接P 1、P 2表示入射光线，连接P 3、P 4表示出射光线，连接两光线与玻璃砖的交点，即为折射光线，作出光路图如图．
（2）根据折射定律得，折射率n =
21
sin sin θθ 考点：测定玻璃砖的折射率
9、在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa ′、bb ′与玻璃砖位置的关系分别如图5中①、②和③所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖．他们所进行的实验操作均正确，且均以aa ′、bb ′为界面画光路图．则
图5
甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)．
乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)．
丙同学测得的折射率与真实值相比_________________．
O P 1 图6答案 P 2 P 4
P 3
θ1
θ2
【答案】偏小；不变；可能偏大、可能偏小、可能不变。

【解析】用图①测定折射率时，玻璃中折射光线偏大了，所以折射角增大，折射率减小；用图②测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用图③测折射率时，无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可大、可小、可不变．
10、某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所使用的玻璃砖两面平行。

正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图8所示。

①此玻璃的折射率计算式为n = （用图中的θ1、θ2表示）；
②如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度（填“大”或“小”）的玻璃砖来测量。

利用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率。

实验方法如下：在白纸上做一直线MN，并做出它的一条垂线AB，将半圆柱形玻璃砖（底面的圆心为O）放在白纸上，它的直边与直线MN对齐，在垂线AB上插两个大头针P1和P2，然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针，可以确定光线P1 P2通过半圆柱形玻璃砖后的光路，从而求出玻璃的折射率。

实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外，还有量角器等；
③某学生用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的垂线AB上竖直插上了P1、P2两枚大头针，但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过半圆柱形玻璃砖同时看到P1、P2的像，原因是，他应该采取的措施是；
④为了确定光线P1P2通过半圆柱形玻璃砖后的光路，在玻璃砖的右侧，最少应插枚大头针。

⑤请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置，并用“×”表示，做出光路图。

为了计算折射率，应该测量的量（在光路图上标出），有： ，计算折射率的公式是 。

【答案】．①
21cos cos θθ=n ；
②大；
③光线P 1P 2垂直于界面进入半圆柱形玻璃砖后，到达圆弧面上的入射角大于临界角，发生全反射现象，光不能从圆弧面折射出来；
向上移动半圆柱形玻璃砖，使到达圆弧面上光线的入射角小于临界角；
④1枚； ⑤光路图如图，光在圆弧面上D 点发生折射，法线为O D 直线，测出入射角i 和折射角r ，折射率
i
r
n sin sin =。