2024屆高考物理二輪專題復習與測試第一部分專題六實驗技能與創(chuàng)新第18講熱學光學實驗與創(chuàng)新命題點三測定玻璃的折射率

命題點三測定玻璃的折射率1．實驗原理．用插針法找出與入射光線AO對應的出射光線O′B，確定出O′點，畫出折射光線OO′，然后測量出角θ1和θ2，代入公式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)計算玻璃的折射率．2．實驗過程．(1)鋪白紙、畫線．①如圖所示，將白紙用圖釘按在平木板上，先在白紙上畫出一條直線aa′作為界面，過aa′上的一點O畫出界面的法線MN，并畫一條線段AO作為入射光線．②把玻璃磚平放在白紙上，使它的長邊跟aa′對齊，畫出玻璃磚的另一條長邊bb′.(2)插針與測量．①在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調整視線的方向，直到P1的像被P2擋住，再在觀察的這一側依次插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P1、P2的像及P3，記下P3、P4的位置．②移去玻璃磚，連接P3、P4并延長交bb′于O′，連接OO′即為折射光線，入射角θ1＝∠AOM，折射角θ2＝∠O′ON.③用量角器測出入射角和折射角，查出它們的正弦值，將數(shù)據(jù)填入表格中．④改變入射角θ1，重復實驗步驟，列表記錄相關測量數(shù)據(jù)．3．數(shù)據(jù)處理．(1)計算法：用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角時的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值．(2)作sinθ1sinθ2圖像：改變不同的入射角θ1，測出不同的折射角θ2，作sinθ1－sinθ2圖像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知圖像應為直線，如圖所示，其斜率為折射率．(3)“單位圓”法確定sinθ1、sinθ2，計算折射率n：以入射點O為圓心，以一定的長度R為半徑畫圓，交入射光線OA于E點，交折射光線OO′于E′點，過E作NN′的垂線EH，過E′作NN′的垂線E′H′.如圖所示，sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，則n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′).只要用刻度尺量出EH、E′H′的長度就可以求出n.4．注意事項．(1)玻璃磚應選用厚度、寬度較大的．(2)大頭針要插得豎直，且間隔要大些．(3)入射角不宜過大或過小，一般在15°～75°之間．(4)玻璃磚的折射面要畫準，不能用玻璃磚界面代替直尺畫界線．(5)實驗過程中，玻璃磚和白紙的相對位置不能改變．某同學用插針法測量某種材料制成的三棱鏡的折射率，主要實驗步驟如下：(1)先在木板上鋪一張方格紙，方格紙上的小格子均為正方形，將棱鏡放在方格紙上，然后畫出棱鏡的界面，如圖所示．在棱鏡的一側插上兩枚大頭針P1和P2，用“?”表示大頭針的位置，然后在另一側透過棱鏡觀察，并依次插上大頭針P3和P4，利用相關實驗器材測出棱鏡的折射率，下列說法正確的有________．A．P3只需擋住P2的像B．P4擋住P3的同時，還要擋住P1和P2的像C．該實驗除刻度尺外，還必須使用量角器D．該實驗僅需使用刻度尺，無需使用量角器(2)經正確操作，四枚大頭針的位置如圖所示，請在圖上作出實驗光路圖．(3)依據(jù)光路圖，可得該棱鏡的折射率為________(計算結果保留3位有效數(shù)字)．解析：(1)實驗的過程中，要先在白紙上放好玻璃磚，在玻璃磚的一側插上兩枚大頭針P1和P2，然后在玻璃磚另一側觀察，調整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在一側相繼又插上兩枚大頭針P3和P4，使P3同時擋住P1、P2的像，P4擋住P3及P1、P2的像，故A項錯誤，B項正確；該實驗僅需使用刻度尺，無需使用量角器，故C項錯誤，D項正確．故選BD.(2)光路圖如圖所示根據(jù)折射定律可知需要測量入射角和折射角，運用刻度尺測量出入射角和折射角的正弦值，故折射率為n＝eq\f(sini,sinr)≈1.33答案：(1)BD(2)圖見解析(3)1.33某研究小組根據(jù)光學知識，設計了一個測液體折射率的儀器．如圖所示，在一個圓盤上，過其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF.在半徑OA上，垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變．每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2，在圓周EC部分插上P3，使P3擋住P1、P2的像．同學們通過計算，預先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可以直接讀出液體折射率的值．(1)若∠AOF＝30°，OP3與OC之間的夾角為30°，則P3處刻的折射率的值為__________．(2)圖中P3、P4兩處，對應折射率較大的是__________．(3)下列關于該實驗的說法，正確的是________________．A．大頭針P1、P2應適當遠一些B．∠AOF可以非常小C．EC弧上的刻度是不均勻的D．插大頭針P3應垂直于盤面解析：(1)若∠AOF＝30°，OP3與OC之間的夾角為30°，可知在空氣中的折射角為60°，根據(jù)折射定律得n＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3).(2)由題意知，光線在液體中的入射角不變，采用逆向思維，根據(jù)折射定律n＝eq\f(sini,sinr).在空氣中的折射角越大，折射率越大，可知P4處對應的折射率大．(3)大頭針P1與P2連線代表入射光線和出射光線，兩點間距離遠一些能讓連線方向更準確，A項正確；∠AOF可以非常小，即折射角非常小，不利于實驗，B