高中物理第十四章專項(xiàng)練習(xí)-實(shí)驗(yàn)：測(cè)量玻璃的折射率

第十四章光

實(shí)驗(yàn)：測(cè)量玻璃的折射率

1.插針法確定光路：P3擋住尸卜尸2的像；尸4擋住尸3和尸卜尸2的像.2.求折射率的三種方法:

(1)計(jì)算法(用量角器量角)；(2)圖像法(作sin仇一sin名圖像)；(3)輔助線段法(利用刻度尺作輔

助線).

1.(1)小朱同學(xué)在實(shí)驗(yàn)桌上看到方木板上有一張白紙，白紙上有如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)器材，他

認(rèn)為除了量角器外還缺少一種器材，請(qǐng)你寫出所缺器材的名稱：.老師將器材配

齊后，他進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖乙是他在操作過程中的一個(gè)狀態(tài)，透過玻璃磚觀察，調(diào)整視線方向，

插上第四枚大頭針P4應(yīng)使其遮擋住____________.

的

像

(2)為取得較好的實(shí)驗(yàn)效果，下列操作正確的是.

A.必須選用上下表面平行的玻璃磚

B.選擇的入射角應(yīng)盡量小些

C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上

D.大頭針Pl和尸2及尸3和居之間的距離適當(dāng)大些

(3)小朱同學(xué)在量入射角和折射角時(shí)，由于沒有量角器，在完成了光路圖以后，用圓規(guī)以。點(diǎn)

為圓心，04為半徑畫圓，交。延長(zhǎng)線于C點(diǎn)，過/點(diǎn)和C點(diǎn)作垂直法線的直線分別交

于8點(diǎn)和。點(diǎn)，如圖丙所示，若他測(cè)得48=7.5cm,CD=5cm,則可求出玻璃的折射率〃

答案(1)刻度尺擋住尸I、尸2的像以及尸3(2)CD(3)1.5

解析(1)缺少的器材為：刻度尺；

運(yùn)用兩點(diǎn)一線的原理確定光線方向，觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針應(yīng)使尸4擋住尸I、P2的像以

及2；

(2)測(cè)量玻璃的折射率時(shí)即使折射玻璃上下表面不平行也能測(cè)出折射率，故A錯(cuò)誤：選擇的人

射角應(yīng)盡量大一些，以減小測(cè)量誤差，故B錯(cuò)誤；大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上，防止產(chǎn)生誤

差，故C正確；大頭針尸1和P2及尸3和尸4之間的距離適當(dāng)大些，可減小確定光線時(shí)產(chǎn)生的

誤差，故D正確.

AB

⑶玻璃的折射率廣告篙嚕嚕=>5.

OC

2.某同學(xué)在做“測(cè)量玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)時(shí)已經(jīng)畫好了部分圖線，如圖甲所示，并在入射

光線4。上插上大頭針回、P2,現(xiàn)需在玻璃磚下表面折射出的光線上插上P3和尸4大頭針，

便能確定光在玻璃磚中的折射光線.

(1)確定P3位置的方法正確的是；

A.透過玻璃磚，尸3擋住的像

B.先插上尸4大頭針，在靠近玻璃磚一側(cè)P3擋住目的位置

C.透過玻璃磚觀察，使尸3擋住P、22的像

(2)作出光線在玻璃磚中和出射后光線的光路圖，并標(biāo)出玻璃磚中光線的折射角仇；

(3)經(jīng)過多次測(cè)量作出sinA-sin&的圖像如圖乙，玻璃磚的折射率為;(保留三位有

效數(shù)字)

(4)若該同學(xué)在確定凡位置時(shí)，被旁邊同學(xué)碰了一下，不小心把A位置畫的偏左了一些，則

測(cè)出來(lái)的折射率；(填“偏大”“偏小”或“不變”)

(5)該同學(xué)突發(fā)其想用兩塊同樣的玻璃直角棱鏡ABC來(lái)做實(shí)驗(yàn)，兩者的AC面是平行放置的，

大頭針回、P2的連線垂直于面，若操作無(wú)誤，則在圖中右邊的大頭針應(yīng)該是.

A.P3P6

C.尸5尸6

答案(1)C(2)見解析圖(3)1.49(4)偏小

(5)C

解析(1)確定尸3位置的方法正確的是：透過玻璃磚觀察，使尸3擋住Pl、尸2的像，故選C:

(2)光路圖如圖所示；

(3)根據(jù)N=型負(fù)可知，圖像sin仇一sin02的斜率等于折射率，由圖像可知玻璃磚的折射率為

sin02

21.49

(4)若該同學(xué)在確定尸4位置時(shí)，被旁邊同學(xué)碰了一下，不小心把04位置畫的偏左了一些，則

P4P3的連線與協(xié)'的交點(diǎn)偏右，測(cè)得的折射角仇偏大，則根據(jù)〃=皿處可知，測(cè)出來(lái)的折射

sin仇

率偏??；

(5)光路圖如圖所示

根據(jù)光路圖可知，經(jīng)過尸|尸2的光線經(jīng)兩塊玻璃磚的分界處向下偏轉(zhuǎn)，然后射入右側(cè)玻璃磚后

平行射出，所以在圖中右邊的大頭針應(yīng)該是尸5尸6；故選C.

3.如圖所示為某同學(xué)利用插針法測(cè)量半圓形玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)，在一半圓形玻璃磚外面插

上尸1、P］、尸3、P4四枚大頭針時(shí)，尸3、恰可擋住尸卜尸2的像，關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，

(1)以下說(shuō)法正確的是.

A.Pl、尸2及生、尸4之間的距離適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度

B.丹、P2及2、2之間的距離適當(dāng)小些，可以提高準(zhǔn)確度

C.入射角。適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度

D.Pi、尸2的間距及入射角的大小均與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度無(wú)關(guān)

(2)該玻璃磚的折射率〃=.另一同學(xué)將大頭針插在?,和「2’位置時(shí)，沿著心、尸4的

方向看不到大頭針的像，其原因可能是.

答案(1)AC(2)也經(jīng)過、P2'的光線在界面MN處發(fā)生全反射

解析(1)入射光線是通過隔著玻璃磚觀察成一條直線確定的，大頭針間的距離太小，引起的

角度誤差會(huì)較大，故尸I、P1及P3、尸4之間的距離適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度，故A正確，B

錯(cuò)誤；入射角J盡量大些，折射角也會(huì)大些，折射現(xiàn)象較明顯，角度的相對(duì)誤差會(huì)減小，故C

正確，D錯(cuò)誤.

(2)由題圖知，沿尸|、尸2的光線入射角為0=30。，折射角為r=60。，則該玻璃磚的折射率〃=

smr=sin602=^；把大頭針插在回，、介'位置時(shí)，沿著公、23的方向看不到大頭針的像，

sin0sin30°

其原因是經(jīng)過產(chǎn)「、尸2’的光線在界面處發(fā)生全反射.

4.在“測(cè)量玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組在白紙上放好玻璃磚MNQP,畫出玻璃磚與

空氣的兩個(gè)界面和協(xié)'(如圖)，在玻璃磚的一側(cè)插上大頭針外.

N」

(1)接下來(lái)他們要完成的步驟可以是.

A.在玻璃磚的另一側(cè)插上大頭針尸2,使三擋住P的像，撤去玻璃磚，拔出大頭針，描繪

出光路圖

B.在玻璃磚的另一側(cè)插上大頭針尸2和凸，使22、尸3均能擋住Pl的像，撤去玻璃磚，拔出

大頭針，描繪出光路圖

C.在a的同側(cè)插上大頭針尸2,在玻璃磚的另一側(cè)插上大頭針P3,使P,3能同時(shí)擋住尸1和尸2

的像，撤去玻璃磚，拔出大頭針，描繪出光路圖

D.在尸|的同側(cè)插上大頭針在玻璃磚的另一側(cè)插上大頭針尸3和尸4,使尸3能同時(shí)擋住P

和尸2的像，使2能同時(shí)擋住尸3以及P和尸2的像，撤去玻璃磚，拔出大頭針，描繪出光路

圖

(2)某次實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組一直無(wú)法透過玻璃磚看到另一側(cè)的兩枚大頭針重疊在一起，這可能

是因?yàn)?

A.沿兩枚大頭針的光線在進(jìn)入玻璃磚之后直接從MP或NQ側(cè)面射出了

B.沿兩枚大頭針的光線在玻璃磚或油'界面發(fā)生了全反射

(3)實(shí)驗(yàn)小組內(nèi)的三位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中

(a)(b)(c)

①第一位學(xué)生在紙上正確畫出了玻璃磚的兩個(gè)折射面用’和協(xié)'.因不慎碰動(dòng)了玻璃磚，使

它向加'方向平移了一點(diǎn)如圖(a)所示，以后的操作都正確無(wú)誤，并仍以的'和協(xié)'為折射

面畫出了光路圖，這樣測(cè)出的折射率”的值將(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

②第二位學(xué)生為了避免筆尖觸劃玻璃磚的折射面，畫出的和協(xié)'都比實(shí)際的折射面向外

側(cè)平移了一些如圖(b)所示，以后的操作都正確無(wú)誤，并仍以加'和協(xié)'為折射面畫出了光

路圖，這樣測(cè)出的折射率〃的值將(選填“偏大"''偏小"或“不變”).

③第三位學(xué)生的操作和所畫的光路圖都正確無(wú)誤，只是所用的玻璃磚的兩個(gè)折射面不平行如

圖⑹所示.用這塊玻璃磚測(cè)出的折射率〃的值將(選填“偏大”“偏小”或“不

變”).

(4)另一實(shí)驗(yàn)小組的甲、乙、丙、丁四位同學(xué)實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的插針結(jié)果，由圖可知

X

XxXxX

甲乙丙丁

①?gòu)膱D上看，肯定把針插錯(cuò)了的同學(xué)是.

②從圖上看，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度最高的同學(xué)是.

答案(1)D(2)A(3)①不變②偏小

③不變(4)①甲、乙②丁

解析(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理，連接P、P2表示入射光線，連接尸3、凡表示出射光線，連接兩

光線與玻璃磚的交點(diǎn)即為折射光線.實(shí)驗(yàn)的過程中，要先在白紙上放好玻璃磚，在玻璃磚的

一側(cè)插上兩枚大頭針Pi和P2,然后在玻璃磚另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使Pi的像被P2的像擋住，

接著在眼睛所在一側(cè)相繼又插上兩枚大頭針尸3、尸4,使尸3擋住尸I、尸2的像，使A擋住戶3

和尸1、P2的像，故D正確.

(2)無(wú)法透過玻璃磚看到另一側(cè)的兩枚大頭針重疊在一起，可能是沿兩枚大頭針的光線在進(jìn)入

玻璃磚之后直接從或N。側(cè)面射出了，因?yàn)槿瓷湫枰饩€從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì),

所以光線不可能在玻隔磚44’氮bb'界面發(fā)生全反射，故A正確，B錯(cuò)誤.

(3)如圖，①第一位學(xué)生的結(jié)果中，光線的入射角和折射角測(cè)量準(zhǔn)確，所以折射率〃的值不變.

②第二位學(xué)生的結(jié)果中，光線的入射角測(cè)量準(zhǔn)確，折射角測(cè)量偏大，所以折射率”的值偏小.

③第三位學(xué)生的結(jié)果中，光線的入射南和折射角測(cè)量準(zhǔn)確，所以折射率〃的值不變.

(4)①甲同學(xué)的結(jié)果圖中a、尸2連線與玻璃礙的交點(diǎn)在尸3、8連線與玻J離磚的交點(diǎn)的左側(cè)，

入射光線和玻璃磚中折射光線在法線同一側(cè)，所以肯定是把針插錯(cuò)了.乙同學(xué)的結(jié)果圖中P、

尸2、尸3、P4的連線在同一直線上，所以肯定是把針插錯(cuò)了.

②丁同學(xué)的結(jié)果圖中尸卜尸2之間的距離和尸3、尸4之間的距離較大，誤差較小，所以測(cè)量結(jié)

果準(zhǔn)確度最高.

5.如圖所示，一個(gè)學(xué)生用廣口瓶和刻度尺測(cè)定水的折射率，請(qǐng)?zhí)顚懴率鰧?shí)驗(yàn)步驟.

(1)用刻度尺測(cè)出廣口瓶瓶口內(nèi)徑d.(2)在瓶?jī)?nèi)裝滿水.

(3)將刻度尺沿瓶口邊緣豎直插入水中.

(4)沿廣口瓶邊緣向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的0刻度(即圖中N點(diǎn))，同時(shí)看

到水面上B點(diǎn)刻度的像恰與A點(diǎn)的像相重合.如圖，若水面恰與直尺的C點(diǎn)相平，則

和分別等于入射角和折射角.

(5)讀出