2025年高考物理复习十六：测量玻璃的折射率（含解析）

PAGE实验抢分专练(十六)测量玻璃的折射率(40分钟60分)1.(6分)(多选)测定玻璃的折射率时,为了减小实验误差,应注意的是 ()A.玻璃砖的厚度宜大些B.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、P2及P3、P4之间的距离应适当大些2.(6分)(2023·南通模拟)小明同学在实验室里用插针法测平行玻璃砖折射率的实验中,已确定好入射方向AO,插了两枚大头针P1和P2,如图所示(①②③是三条直线)。对于以后的操作,下列说法中你认为正确的是 ()A.在bb'侧调整观察视线,另两枚大头针P3和P4可能插在①线上B.在bb'侧调整观察视线,另两枚大头针P3和P4可能插在③线上C.若保持O点不动,减小入射角,在bb'侧调整观察视线,另外两枚大头针P3和P4可能插在①线上D.若保持O点不动,增大入射角,在bb'侧调整观察视线,看不清P1和P2的像,这可能是光在bb'界面发生全反射3.(6分)小柯同学在学校里做了“测定玻璃的折射率的实验”,回到家里他发现,家里就有一块呈长方体的透明厚玻璃砖,他还找来了一支激光笔、一块泡沫板、一张白纸、几根牙签,就开始做实验。他操作时发现当牙签遮挡住细激光束时,牙签上会有耀眼光斑(如图甲所示),此时按下牙签,就可在白纸上记下激光束经过的一个位置。请问小柯同学要完成图乙光路至少需要几根牙签 ()A.1根B.2根C.3根D.4根4.(6分)(2023·海南等级考)用激光测玻璃砖折射率的实验中,玻璃砖与屏P平行放置,从另一侧用激光笔以一定角度照射,此时在屏上的S1处有激光点,移走玻璃砖,光点移到S2处。(1)请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图;(2)已经测出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,则折射率n=____________。

(3)若改用宽ab更小的玻璃砖做实验,则S1S2间的距离会__________(选填“变大”“变小”或“不变”)。

5.(9分)某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线,如图甲所示,并在入射光线AO上插上大头针P1、P2,现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上P3和P4大头针,便能确定光在玻璃砖中的折射光线。(1)确定P3位置的方法正确的是 ()A.透过玻璃砖,P3挡住P2的像B.先插上P4大头针,在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置C.透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像(2)作出光线在玻璃砖中和出射后的光路图,并画出玻璃砖中光线的折射角θ2;(3)经过多次测量作出sinθ1-sinθ2的图像如图乙,玻璃砖的折射率为________;(保留三位有效数字)

(4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画得偏左了一些,则测出来的折射率__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”);

(5)该同学突发奇想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验,两者的AC面是平行放置的,大头针P1、P2的连线垂直于AB面,若操作无误,则在图丙中右边的大头针应该是 ()A.P3P6B.P3P8C.P5P6D.P7P86.(9分)(1)在测定玻璃的折射率时,实验室提供了多种形状的玻璃砖供同学们使用,某实验小组使用两种不同形状的玻璃砖进行实验,他们在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图①②所示,他们的其他操作均正确,下列说法正确的是_______A.学习小组没有量角器和圆规,利用刻度尺和三角板也可以测出玻璃砖的折射率B.光线从矩形玻璃砖上表面入射后,再从下表面射出,可能在下表面发生全反射C.图①测得的折射率比真实值小D.图②测得的折射率比真实值大(2)另一个实验小组使用半圆柱玻璃砖测定玻璃的折射率,他们的操作步骤如下:A.用毫米刻度尺量出半圆柱玻璃砖的直径d,然后确定圆心的位置,记在玻璃砖上;B.在白纸上画一条直线作为入射光线,并在入射光线上插两枚大头针P1和P2;C.让入射光线与玻璃砖的直径垂直,入射光线经过圆心O;D.以垂直于纸面过圆心O的直线为轴,缓慢逆时针转动玻璃砖,同时调整视线方向,直到从玻璃砖下方恰好看不到P2和P1的像,然后沿半圆柱玻璃砖的直径画一条直线AB,过O画AB的垂线与半圆交于C点,过圆上的C点作垂直于OP1的直线交OP1于D,如图所示:①看不到P2和P1的像是因为发生了________;

②只使用毫米刻度尺,且计算简洁,还需要测量________(选填“OD”或“CD”)的长度,记作l;

③玻璃砖的折射率的表达式n=______________。

7.(9分)某校开展研究性学习,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浸入液体中,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。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45°,则在P3处刻的刻度值为________。

(2)若在同一液体中沿AO方向射入一束白光,出射点P3最靠近OC边的是________色的光,增大入射角度,________色的光在刻度盘上先消失。

8.(9分)在做测量介质折射率的分组实验时,其中有两个实验小组用不同的介质做的实验情况如下:(1)甲组同学在做测玻璃的折射率实验时,用他们测得的多组入射角i与折射角r作出sini-sinr图像如图甲所示,设0.67=23,则该玻璃的折射率为________。光线是A“从空气射入玻璃”的还是B“从玻璃射入空气”的?答:________(选填“A”或“B”)。(2)乙组同学先画出图乙所示的坐标系,再在y<0区域放入某透明介质(以x轴为界面),并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点,它们的坐标分别为A(8,3)、B(1,-4)、C(7,-4),则:①入射点O'(图中未标出)的坐标为________;

②通过图中数据可以求得该介质的折射率n=________。(保留小数点后两位)

解析版1.(6分)(多选)测定玻璃的折射率时,为了减小实验误差,应注意的是 ()A.玻璃砖的厚度宜大些B.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、P2及P3、P4之间的距离应适当大些【解析】选A、C、D。玻璃砖厚度选大些,可减小测量误差;大头针垂直插在纸面上以及大头针P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些,可减小确定光路方向时的误差,A、C、D正确;入射角较小时,测量误差较大,B错误。2.(6分)(2023·南通模拟)小明同学在实验室里用插针法测平行玻璃砖折射率的实验中,已确定好入射方向AO,插了两枚大头针P1和P2,如图所示(①②③是三条直线)。对于以后的操作,下列说法中你认为正确的是 ()A.在bb'侧调整观察视线,另两枚大头针P3和P4可能插在①线上B.在bb'侧调整观察视线,另两枚大头针P3和P4可能插在③线上C.若保持O点不动,减小入射角,在bb'侧调整观察视线,另外两枚大头针P3和P4可能插在①线上D.若保持O点不动,增大入射角,在bb'侧调整观察视线,看不清P1和P2的像,这可能是光在bb'界面发生全反射【解析】选C。光线通过平行玻璃砖后,根据折射定律得知,出射光线与入射光线平行,故在bb'侧调整观察视线,另两枚大头针P3和P4不可能插在①线上,故A错误;由折射定律得知,光线通过平行玻璃砖后向一侧发生侧移,因为光线在上表面折射时,折射角小于入射角,则出射光线向②一侧偏移,另两枚大头针P3和P4不可能插在③线上,故B错误;若保持O点不动,减小入射角,出射光线折射角也减小,另外两枚大头针P3和P4可能插在①线上,故C正确;若保持O点不动,增大入射角,反射光增强,折射光线减弱,在bb'侧调整观察视线,看不清P1和P2的像,根据光路可逆性原理得知,光线不可能在bb'界面发生全反射,故D错误。3.(6分)小柯同学在学校里做了“测定玻璃的折射率的实验”,回到家里他发现,家里就有一块呈长方体的透明厚玻璃砖,他还找来了一支激光笔、一块泡沫板、一张白纸、几根牙签,就开始做实验。他操作时发现当牙签遮挡住细激光束时,牙签上会有耀眼光斑(如图甲所示),此时按下牙签,就可在白纸上记下激光束经过的一个位置。请问小柯同学要完成图乙光路至少需要几根牙签 ()A.1根B.2根C.3根D.4根【解析】选A。在激光束的这一侧不需要牙签就能记录入射光线的位置;当激光线射过玻璃砖后,出射点的位置能观察到,只需再用一根牙签就能记录出射光线的位置,故选A。4.(6分)(2023·海南等级考)用激光测玻璃砖折射率的实验中,玻璃砖与屏P平行放置,从另一侧用激光笔以一定角度照射,此时在屏上的S1处有激光点,移走玻璃砖,光点移到S2处。(1)请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图;(2)已经测出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,则折射率n=____________。

(3)若改用宽ab更小的玻璃砖做实验,则S1S2间的距离会__________(选填“变大”“变小”或“不变”)。

【解析】(1)根据题意结合光的传播情况作出光路图如图所示:(2)根据光的折射定律可得:n=sin根据几何关系可得:sini=ABABsinr=ACOC=AB-联立解得:n=l(3)若玻璃砖宽度变小,相当于把ad边下移,与两条光线的交点距离变小,即BC变小,那S1S2也会变小。答案:(1)光路图见解析(2)l1(l5.(9分)某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线,如图甲所示,并在入射光线AO上插上大头针P1、P2,现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上P3和P4大头针,便能确定光在玻璃砖中的折射光线。(1)确定P3位置的方法正确的是 ()A.透过玻璃砖,P3挡住P2的像B.先插上P4大头针,在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置C.透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像(2)作出光线在玻璃砖中和出射后的光路图,并画出玻璃砖中光线的折射角θ2;(3)经过多次测量作出sinθ1-sinθ2的图像如图乙,玻璃砖的折射率为________;(保留三位有效数字)

(4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画得偏左了一些,则测出来的折射率__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”);

(5)该同学突发奇想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验,两者的AC面是平行放置的,大头针P1、P2的连线垂直于AB面,若操作无误,则在图丙中右边的大头针应该是 ()A.P3P6B.P3P8C.P5P6D.P7P8【解析】(1)确定P3位置的方法正确的是:透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像,故选C;(2)光路如图:(3)根据n=sinθ1sinθ2可知,图像sinθ1-sinθ2的斜率等于折射率,由图像可知玻璃砖的折射率为n=(4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画得偏左了一些,则P4P3的连线与bb'的交点偏右,测得的折射角θ2偏大,则根据n=sinθ1sinθ(5)光路图如图所示根据光路图可知,经过P1P2的光线经两块玻璃砖的分界处向下偏转,然后射入右侧玻璃砖后平行射出,所以在图丙中右边的大头针应该是P5P6,故选C。答案:(1)C(2)见解析(3)1.49(4)偏小(5)C6.(9分)(1)在测定玻璃的折射率时,实验室提供了多种形状的玻璃砖供同学们使用,某实验小组使用两种不同形状的玻璃砖进行实验,他们在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图①②所示,他们的其他操作均正确,下列说法正确的是_______A.学习小组没有量角器和圆规,利用刻度尺和三角板也可以测出玻璃砖的折射率B.光线从矩形玻璃砖上表面入射后,再从下表面射出,可能在下表面发生全反射C.图①测得的折射率比真实值小D.图②测得的折射率比真实值大(2)另一个实验小组使用半圆柱玻璃砖测定玻璃的折射率,他们的操作步骤如下:A.用毫米刻度尺量出半圆柱玻璃砖的直径d,然后确定圆心的位置,记在玻璃砖上;B.在白纸上画一条直线作为入射光线,并在入射光线上插两枚大头针P1和P2;C.让入射光线与玻璃砖的直径垂直,入射光线经过圆心O;D.以垂直于纸面过圆心O的直线为轴,缓慢逆时针转动玻璃砖,同时调整视线方向,直到从玻璃砖下方恰好看不到P2和P1的像,然后沿半圆柱玻璃砖的直径画一条直线AB,过O画AB的垂线与半圆交于C点,过圆上的C点作垂直于OP1的直线交OP1于D,如图所示:①看不到P2和P1的像是因为发生了________;

②只使用毫米刻度尺,且计算简洁,还需要测量________(选填“OD”或“CD”)的长度,记作l;

③玻璃砖的折射率的表达式n=______________。

【解析】(1)在入射光线和折射光线上取两个离入射点较远的点,分别向法线作垂线,用刻度尺量出入射角和折射角的对边和斜边的长度,求出入射角和折射角的正弦值,根据折射定律求出折射率,故A正确;由于上下表面平行,光线从上表面射入下表面射出,入射角等于出射角且小于90°,则不可能在下表面发生全反射,故B错误;在图①中,通过作图的方法,根据几何关系可知,所得到的光在介质中的折射角偏大,则所测得的折射率偏小,故C正确;在图②中,只要操作正确,测量结果与玻璃砖的形状无关,测得的折射率等于真实值,故D错误。(2)①从玻璃砖下方恰好看不到P2和P1的像,说明没有光线射出玻璃砖,则P2和P1的像是发生了全反射。②③根据sinC=1n得n=1sinC,可知只需要知道临界角的正弦值就可以得到折射率,即只需要测量出CD的长度l,可得sinC=ld2=2l答案:(1)A、C(2)①全反射②CD③d7.(9分)某校开展研究性学习,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浸入液体中,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。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45°,则在P3处刻的刻度值为________。

(2)若在同一液体中沿AO方向射入一束白光,出射点P3最靠近OC边的是________色的光,增大入射角度,________色的光在刻度盘上先消失。

【解析】(1)由图可知,∠AOF是入射角,∠EOP3是折射角,但在定义折射率时,光是从真空或空气射向介质