2024届高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题六实验技能与创新第18讲热学光学实验与创新命题点三测定玻璃的折射率

命题点三测定玻璃的折射率1．实验原理．用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B，确定出O′点，画出折射光线OO′，然后测量出角θ1和θ2，代入公式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)计算玻璃的折射率．2．实验过程．(1)铺白纸、画线．①如图所示，将白纸用图钉按在平木板上，先在白纸上画出一条直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线MN，并画一条线段AO作为入射光线．②把玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb′.(2)插针与测量．①在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置．②移去玻璃砖，连接P3、P4并延长交bb′于O′，连接OO′即为折射光线，入射角θ1＝∠AOM，折射角θ2＝∠O′ON.③用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中．④改变入射角θ1，重复实验步骤，列表记录相关测量数据．3．数据处理．(1)计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角时的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值．(2)作sinθ1sinθ2图像：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sinθ1－sinθ2图像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知图像应为直线，如图所示，其斜率为折射率．(3)“单位圆”法确定sinθ1、sinθ2，计算折射率n：以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′.如图所示，sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，则n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′).只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n.4．注意事项．(1)玻璃砖应选用厚度、宽度较大的．(2)大头针要插得竖直，且间隔要大些．(3)入射角不宜过大或过小，一般在15°～75°之间．(4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线．(5)实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变．某同学用插针法测量某种材料制成的三棱镜的折射率，主要实验步骤如下：(1)先在木板上铺一张方格纸，方格纸上的小格子均为正方形，将棱镜放在方格纸上，然后画出棱镜的界面，如图所示．在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“•”表示大头针的位置，然后在另一侧透过棱镜观察，并依次插上大头针P3和P4，利用相关实验器材测出棱镜的折射率，下列说法正确的有________．A．P3只需挡住P2的像B．P4挡住P3的同时，还要挡住P1和P2的像C．该实验除刻度尺外，还必须使用量角器D．该实验仅需使用刻度尺，无需使用量角器(2)经正确操作，四枚大头针的位置如图所示，请在图上作出实验光路图．(3)依据光路图，可得该棱镜的折射率为________(计算结果保留3位有效数字)．解析：(1)实验的过程中，要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，接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P3和P4，使P3同时挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，故A项错误，B项正确；该实验仅需使用刻度尺，无需使用量角器，故C项错误，D项正确．故选BD.(2)光路图如图所示根据折射定律可知需要测量入射角和折射角，运用刻度尺测量出入射角和折射角的正弦值，故折射率为n＝eq\f(sini,sinr)≈1.33答案：(1)BD(2)图见解析(3)1.33某研究小组根据光学知识，设计了一个测液体折射率的仪器．如图所示，在一个圆盘上，过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF.在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持位置不变．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，在圆周EC部分插上P3，使P3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，就可以直接读出液体折射率的值．(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC之间的夹角为30°，则P3处刻的折射率的值为__________．(2)图中P3、P4两处，对应折射率较大的是__________．(3)下列关于该实验的说法，正确的是________________．A．大头针P1、P2应适当远一些B．∠AOF可以非常小C．EC弧上的刻度是不均匀的D．插大头针P3应垂直于盘面解析：(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC之间的夹角为30°，可知在空气中的折射角为60°，根据折射定律得n＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3).(2)由题意知，光线在液体中的入射角不变，采用逆向思维，根据折射定律n＝eq\f(sini,sinr).在空气中的折射角越大，折射率越大，可知P4处对应的折射率大．(3)大头针P1与P2连线代表入射光线和出射光线，两点间距离远一些能让连线方向更准确，A项正确；∠AOF可以非常小，即折射角非常小，不利于实验，B