新教材适用2023-2024学年高中物理第四章光及其应用2.实验测定玻璃的折射率课后训练教科版选择性必修第一册

2.实验:测定玻璃的折射率课后训练巩固提升基础巩固1.(多选)某同学用“插针法”做测定玻璃折射率实验时,他的方法和操作步骤都正确无误,但他处理实验记录时,发现玻璃砖的两个光学面aa'和bb'不平行,如图所示,则()A.P1P2与P3P4两条直线平行B.P1P2与P3P4两条直线不平行C.他测出的折射率偏大D.他测出的折射率不受影响答案:BD解析:光线由aa'进入玻璃砖时,由折射定律得n=sinθ1sinθ2,光线由bb'射出玻璃砖时,由折射定律得n=sinθ4sinθ3。若aa'与bb'平行,则有θ3=θ2,进而有θ1=θ4,出射光线O'B与入射光线OA平行。若aa'和bb'不平行,则有θ3≠θ2,进而有θ1≠θ4,出射光线O'B与入射光线AO不平行,故选项B正确,A错误;在用“插针法”测玻璃的折射率时,只要实验方法正确,光路准确无误2.(多选)图(a)为某同学利用半圆形玻璃砖测定玻璃折射率n的装置示意图,AO、DO分别表示某次测量时,光线在空气和玻璃中的传播路径。在正确操作后,他利用测出的数据作出了图(b)所示的折射角正弦值(sinr)与入射角正弦值(sini)的关系图像。则下列说法正确的是()(a)(b)A.光由D经O到AB.该玻璃砖的折射率n=1.5C.若由空气进入该玻璃砖中,光的频率变为原来的2D.若以60°角由空气进入该玻璃砖中,光的折射角的正弦值为3答案:BD解析:根据光的传播特点和入射角与折射角的关系,可知光由空气进入该玻璃中传播,即光线由A经O到D,故A错误;根据图像sinr-sini的斜率的倒数表示折射率,故该玻璃的折射率n=1.5,B正确;频率由光源决定,光由空气进入该玻璃中传播时,光波频率不变,故C错误;若以60°角由空气进入该玻璃砖中,根据公式n=sin60°sinα=32sinα,解得光的折射角的正弦值为3.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(a)所示。(a)(1)请在图(b)中画出完整的光路图。(b)(2)对画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=(保留三位有效数字)。

(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(c)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(选填“A”或“B”)。

(c)答案:(1)如图所示(2)1.53(说明:±0.03范围内均可)(3)A解析:(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长,与玻璃砖两平行边分别相交,标出传播方向,然后连接玻璃砖边界的两交点,即为光线在玻璃砖中的传播线路。(2)设方格纸上正方形的边长为1,光线的入射角为θ1,折射角为θ2,则sinθ1=5.35.32+42≈0.798,sinθ2=2.22(3)由题图可知,光线P1P2入射到玻璃砖上时,相当于光线射到了一个三棱镜上,因此出射光线将向底边偏折,所以出射光线过P3和A。4.在“测定玻璃的折射率”实验中,主要步骤如下:(1)如图所示,在放置好平行玻璃砖的白纸上竖直插上大头针P1、P2,确定入射光线,然后在另一侧透过玻璃砖观察,插上大头针P3,使它挡住P2、P1的像,接着插上第四枚大头针P4,使它挡住。

(2)撤去玻璃砖,在实验记录图(如图)中补画出完整的光路图。(3)根据正确的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=(保留一位小数)。

答案:(1)P3及P2、P1的像(2)光路图见解析(3)1.4解析:(1)第四枚大头针P4要挡住P3及P2、P1的像。(2)光路如图所示。(3)根据正确的光路图进行测量可得入射角i=45°,折射角r=30°,得该玻璃砖的折射率n=sin45°sin30°=2能力提升1.如图所示,某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线,并让入射光线过圆心O,在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,连接OP3,图中MN为分界线,虚线半圆与玻璃砖对称,B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点,AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点。(1)设AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量,则玻璃砖的折射率可表示为。

(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度,由此测得玻璃砖的折射率将(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

答案:(1)l1和l3n=l(2)偏大解析:(1)sinθ1=l1BO,sinθ2=l3CO,玻璃砖的折射率n=sinθ1sinθ(2)当玻璃砖顺时针转过一个小角度时,入射角增大,折射角也增大,但增大较小,折射光线顺时针偏转一个小角度,在处理数据时,认为玻璃砖没有转动,原法线AD位置不变,因此,由于入射光线与AD夹角没变,圆形玻璃砖半径不变,所以l1不变,而折射光线与AD夹角变小,所以l3减小,所以测量值n=l12.用圆弧状玻璃砖做测定玻璃的折射率的实验时,先在白纸上放好圆弧状玻璃砖,在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2,然后在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住。接着在眼睛所在的一侧竖直插两枚大头针P3和P4,使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P3及P1和P2的像。在纸上已标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图所示(O为两圆弧圆心,图中已画出经过P1、P2点的入射光线)。(1)在图上补画出所需的光路。(2)为了测出玻璃砖的折射率,需要测量入射角i和折射角r,请在图中标出这两个角。(3)用所测物理量计算折射率的公式是n=。

答