高考物理总复习实验题知识专题讲解与训练16---测定玻璃折射率(解析版)

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红线表示作图时所用的光路,黑线表示实际的光路,由图可知测量得到的入射角没 有变化,而折射角偏小,则由折射定律可得
n = sin i sin r
可知所测得的折射率将偏大; (2)[3]A.由图象可知:sinθ1 > sinθ2 ,则入射角θ1 大于折射角θ2 ,所以光线从空
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气射入玻璃,故 A 正确;
高考物理总复习实验题知识专题讲解与训练 实验题 16 测定玻璃折射率
1.(4 分)(2020·河北省南和县第一中学高二期中)如图所示,在“测量玻璃的折射率” 的实验中,当光线 AO 以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找到 跟入射光线 AO 对应的出射光线 O′B,从而确定玻璃中的折射光线 OO′。
如图所示,但在玻璃砖右侧的区域内,无论从何处观察,都无法透过玻璃砖同时 看到 P1、P2 的像,原因是_________.
(1) 应采取的措施是:入射光线 AB 不动,将玻璃板向_________平移,直到可以透 过玻璃砖同时看到 P1、P2 的像. (2) 该同学采取了如下措施:如图,将光线 AB 垂直于玻璃砖直径平面射入圆心 O, 以 O 为转轴在水平面内缓慢转动玻璃砖,当刚转过 θ 角时,观察者在玻璃砖平面 一侧恰看不到出射光线,这样就可以知道该玻璃砖的折射率 n 的大小.由上述方法 测定的该玻璃的折射率的表达式为 n =______. 【答案】光线 P1P2 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
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C.左侧亮点到 A 点的距离 x1 一定小于右侧亮点到 A 点的距离 x2 D.要使左侧亮点到 A 点的距离 x1 增大,应减小入射角 【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】 A.当入射角大于等于发生全反射的临界角时,只有反射光线没有折射光线,则直 尺 MN 上只出现一个亮点,故 A 正确; BC.光从玻璃射入真空,光路图如图所示,折射角 β 大于入射角 α,通过几何关
为四个插针位置,其中 O、P1、P2 三点在同一直线上
(1)下列实验操作不正确的是_____ A.大头针应竖直插在纸面上 B.直线 OP2 与 MN 的夹角不宜过小 C.在插大头针 P4 时,只需让 P4 挡住 P3
由图看出,在这种情况测得的入射角不受影响,但测得的折射角比真实的折射角偏
大,因此测得的折射率偏小.
用图②测折射率时,只要操作正确,与玻璃砖形状无关,故折射率的测量值与真实
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值相比不变. 5.(6 分)(2020·湖北省华中师大一附中高二期中)(1)甲乙两同学用插针法做“测定
玻璃的折射率”的实验中,分别得到如图所示甲乙两种实验记录。在甲中,已画好 玻璃砖两界面直线 aa′和 bb′后,不小心将玻璃砖稍稍向上平移了,如甲图中虚线 所示。若之后的其他操作无误,则测得的折射率 n_______(选填“偏大”、“偏小” 或“不变”)。在乙中,玻璃砖上界面直线 aa′正确,而画的表示下界面的 bb′稍稍向 上平移了,如乙图中虚线所示。若之后的其他操作无误,则测得的折射率 n 将 _______(选填“偏大”、“偏小”或“不变”);
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【详解】 (1)[1]如图所示
实线表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图,而虚线是未将玻璃砖向上平移时作图 时所采用的光路图,通过比较发现,入射角和折射角没有变化,则由折射定律可得
n = sin i sin r
可知测得的折射率将不变; [2]如果在实验过程中不小心将玻璃砖向上平移了一些,即将 b b ′ 移到图中虚线位置, 而在做光路图时 aa′ 不变,作出光路图,如图所示
【答案】CD 1.5 偏小 不变
【解析】
【详解】
(1)作插针法测定折射率时,玻璃砖上下表面不一定要平行.故 A 错误. 为了
减小测量的相对误差,选择的入射角应尽量大些,效果会更好.故 B 错误.为了
准确确定入射光线和折射光线,大头针应垂直地插在纸面上;故 C 正确.大头针
P1 和 P2 及 P3 和 P4 之间的距离适当大些时,相同的距离误差,引起的角度误差会
为了测量折射率的大小,需测量入射角 i 和折射角 r,则折射率 n = sin r 当 sinr=1 sin i
时,恰好发生全反射,则此时该玻璃的折射率的表达式为 n
=
1 sin θ

8.(6 分)(2020·江苏省海安高级中学高二月考)在“插针法测定玻璃砖的折射率”的实
验中,取一块半圆形玻璃砖,O 为圆心,如图所示,点 P1、P2、P3、P4 依次分别
(1)在图中标记了四个角,分别为 θ1、θ2、θ3、θ4,则玻璃的折射率 n =____________。 (2)下列措施中,不能减小实验误差的是_________。
..
A.玻璃砖界面 aa'与 bb'间的距离适当大些
B.入射角要尽量小些
C.大头针应竖直地插在纸面上
D.针 P1 与 P2、P3 与 P4 的间距要适当远些
BC.图象的斜率 k 即是玻璃折射率,由图可得 k = n = 1 = 1.5 0.67
故 B 错误,C 正确;
D.玻璃临界角的正弦值 故 D 正确。
sin C = 1 = 0.67 n
故选 ACD。
6.(4 分)(2020·辽宁省高三月考)如图所示,是利用插针法测定玻璃砖的折射率的实
验得到的光路图,玻璃砖的入射面 AB 和出射面 CD 并不平行,则:
1 临界角,发生全反射现象,光不能从圆弧面折射出来; 上; sinθ 【解析】
【分析】
【详解】 (1)(2) 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
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玻璃砖同时看到 P1、P2 的像,原因是光线 P1P2 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, 可以采取减小光线在圆弧面上的入射角,向上移动半圆柱玻璃砖; (3) 光路图如图所示,
直法线的直线分别交于 B 点和 D 点,如图所示,若他测得 AB=7.5cm,CD=5cm,则
可求出玻璃的折射率 n= _________。
(3)有甲、乙两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
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①、②所示,其中甲同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其 它操作均正确,且均以 aa′、bb′为界面画光路图。则甲、乙两位同学测得的折射率 与真实值相比分别是_________和_________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
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出射光线的折射角与入射光线的入射角不等,可知出射光线和入射光线不平行.
(2)根据折射定律得, n
=
sin∠MON sin∠EOF
=
MN EF
=
1.68 1.12
= 1.5
7.(8 分)(2019·福建省厦门第二中学高二月考)在一次用插针法测量半圆柱形玻璃砖
的折射率的实验中,某同学在画出的垂线 AB 上竖直插上了 P1、P2 两枚大头针,
sin θ1 【答案】 sinθ3
B
【解析】
【详解】
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第一空.由光的折射定律可知,玻璃的折射率
n
=
sin θ1 sin θ3
第二空. 玻璃砖界面 aa'与 bb'间的距离适当大些,可减小实验的误差,选项 A 不符
合题意;入射角太小,则角度的测量会产生误差,则不能减小误差,选项 B 符合
题意;大头针应竖直地插在纸面Baidu Nhomakorabea,可减小实验误差,选项 C 不符合题意;针 P1
(1)出射光线与入射光线________(填“平行”或“不平行”); (2)以入射点 O 为圆心,以 R=5 cm 长度为半径画圆,与入射光线 PO 交于 M 点, 与折射光线 OQ 交于 F 点,过 M、F 点分别向法线作垂线,量得 MN=1.68 cm,FE=1.12 cm,则该玻璃砖的折射率 n=________. 【答案】不平行 1.5 【解析】 【详解】 (1)因为上下表面不平行,光线在上表面的折射角与在下表面的入射角不等,则
(2)某同学做测定玻璃折射率的实验时,用他测得的多组入射角 θ1 与折射角 θ2 作出 sinθ1-sinθ2 图象,如图所示,下列判断正确的是_______。
A.他做实验时,研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象 B.玻璃的折射率为 0.67 C.玻璃的折射率约为 1.5 D.玻璃临界角的正弦值为 0.67 【答案】不变 偏大 ACD 【解析】 【分析】
(1)为取得较好的实验效果,下列操作正确的是______
A.必须选用上下表面平行的玻璃砖;
B.选择的入射角应尽量小些;
C.大头针应垂直地插在纸面上;
D.大头针 P1 和 P2 及 P3 和 P4 之间的距离适当大些.
(2)某同学在量入射角和折射角时,由于没有量角器,在完成了光路图以后,用
圆规以 O 点为圆心,OA 为半径画圆,交 OO′延长线于 C 点,过 A 点和 C 点作垂
减小,效果会好些.故 D 正确.
(2)图中 P1P2 作为入射光线,OO′是折射光线,设光线在玻璃砖上表面的入射角
为 i,折射角为 r,则由几何知识得到: sini = AB , sinr = CD ,又 AO=OC,则折
AO
OC
射率 n = sini = AB = 1.5 . sinr CD
(3)如图①的操作中,实线是真实的光路图,虚线是玻璃砖宽度画大后的光路图,
与 P2、P3 与 P4 的间距要适当远些,这样可减小标记入射光线以及折射光线时的误
差,选项 D 不符合题意;
2.(4 分)(2020·北京高三学业考试)小明同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃砖折
射率的实验,如图所示,他进行的主要步骤是:
(1)用刻度尺测玻璃砖的直径 AB 的大小 d; (2)先把白纸固定在木板上,将玻璃砖水平放置在白纸上,用笔描出玻璃砖的边界, 将玻璃砖移走,标出玻璃砖的圆心 O、直径 AB、AB 的法线 OC; (3)将玻璃砖放回白纸的原处,长直尺 MN 紧靠 A 点并与直径 AB 垂直放置; (4)调节激光器,使 PO 光线从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心 O,并使长直尺 MN 的左右两侧均出现亮点,记下左侧亮点到 A 点的距离 x1,右侧亮点到 A 点的距 离 x2。 关于上述实验,以下说法不正确的是( ) A.在∠BOC 的范围内,改变入射光线 PO 的入射角,直尺 MN 上可能只出现一个 亮点 B.左侧亮点到 A 点的距离 x1 一定大于右侧亮点到 A 点的距离 x2
sinα = 3 = 3 22 + 32 13
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折射角的正弦
sin γ = 2 = 2 22 + 32 13
则玻璃砖的折射率
n = sinα = 1.5 sin γ
[4]由光在真空中的传播速度,根据折射率
n
=
c v
可得,光在玻璃中的传播速度
v = c =2.0 ×108m/s n
4.(8 分)(2020·应城市第一高级中学高二期中)在“测玻璃的折射率”实验中:
系知 故 B 错误,C 正确;
x1
=
d 2
cot
β
<
x2
=
d 2
cot α
D.减小入射角,则折射角减小 β,x1 增大,故 D 正确。
本题选不正确的,故选 B。
3.(8 分)(2020·江苏省如皋中学高二月考)某同学利用“插针法”测定平行玻璃砖的折 射率。
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(1)将坐标纸用图钉钉在平木板上,画出界面和入射光线,并在入射光线上竖直插 上两枚大头针 P1、P2,再在另一侧竖直插上两枚大头针 P3、P4,使 P3 挡住_____ 的像,P4 挡住_____。 (2)移去大头针和玻璃砖,过 P3、P4 所在处作出射光线,在坐标纸上记录的情况如 图所示。虚线为以入射点 O 为圆心作出的圆,由此计算出玻璃砖的折射率为_____, 光在玻璃中的传播速度为______m/s。(光在真空中的传播速度为 c=3.0×108 m/s, 结果均保留两位有效数字) 【答案】P1、P2 P3 及 P1、P2 的像 1.5 2.0×108 【解析】 【分析】 【详解】 (1)[1][2]为了测量截面为玻璃折射率,先在白纸上放好玻璃砖,在玻璃砖的一侧插 上两枚大头针 P1 和 P2,然后在玻璃砖的另一侧观察到 P1 像和 P2 像,当 P1 的像被 恰好被 P2 像挡住时,插上大头针 P3 和 P4,使 P3 挡住 P1、P2 的像,P4 挡住 P3 和 P1、 P2 的像 (2)[3]由图可得:入射角的正弦
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