專題04-測定玻璃的折射定律-高考物理實驗專題強化訓(xùn)練(解析版)

專題04測定玻璃的折射定律1．實驗原理如實驗原理圖甲所示，當(dāng)光線AO1以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出與入射光線AO1對應(yīng)的出射光線O2B，從而求出折射光線O1O2和折射角θ2，再根據(jù)或算出玻璃的折射率。2．實驗器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、直尺、鉛筆。3．實驗步驟（1）用圖釘把白紙固定在木板上。（2）在白紙上畫一條直線aa′，并取aa′上的一點O為入射點，作過O點的法線NN′。（3）畫出線段AO作為入射光線，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針。（4）在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊與直線aa′對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb′。（5）眼睛在bb′的一側(cè)透過玻璃磚觀察兩個大頭針并調(diào)整視線方向，使P1的像被P2的像擋住，然后在眼睛這一側(cè)插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P3和P1、P2的像。（6）移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線O′B及出射點O′，連接O、O′得線段OO′。（7）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。（8）改變?nèi)肷浣?，重?fù)實驗，算出不同入射角時的，并取平均值。4．注意事項（1）玻璃磚應(yīng)選厚度、寬度較大的。（2）入射角不宜過大或過小，一把為15°~75°。（3）用手拿玻璃磚時，手只能接觸玻璃磚的毛面或棱，不能觸摸光潔的光學(xué)面，嚴禁把玻璃磚當(dāng)尺子畫玻璃磚的另一邊bb′。（4）實驗過程中，玻璃磚在紙上的位置不可移動。（5）大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上，且玻璃磚每兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)大一點，以減小確定光路方向時造成的誤差。5．實驗數(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，并取平均值。（2）作sinθ1–sinθ2圖象：改變不同的入射角θ1，測出不同的折射角θ2，作sinθ1–sinθ2圖象，由可知圖象應(yīng)為直線，如實驗原理圖乙所示，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′。如實驗原理圖丙所示，。只要用刻度尺量出EH、E′H′的長度就可以求出n。1.某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率。開始玻璃磚的位置如圖中實線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動，同時在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像，如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時，上述現(xiàn)象恰好消失。此時只須測量出，即可計算出玻璃磚的折射率，請用你的測量量表示出折射率n=?！窘馕觥坑深}意可知，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)過某一角度θ時，剛好發(fā)生全反射，在直徑邊一側(cè)觀察不到P1、P2的像，做出如圖所示的光路圖可知，當(dāng)轉(zhuǎn)過角度θ時有。2.在“測定玻璃的折射率”實驗中，某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，如圖甲所示。(1)在答題紙上相應(yīng)的圖中畫出完整的光路圖；(2)對你畫出的光路圖進行測量和計算，求得該玻璃磚的折射率n=（保留3位有效數(shù)字）；(3)為了觀測光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象，某同學(xué)做了兩次實驗，經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針，如圖乙所示。圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和（填“A'”或“B”）?！敬鸢浮浚?）如解析圖1，（2）n=1.51，（3）A【解析】（2）以入射點為圓心以R為半徑作圓，與入射光線和折射光線相交，過交點作法線垂線，測量長度x1、x2，如解析圖2，由，根據(jù)測得值求出n=1.51，保留2位有效數(shù)字。3.圖1所示為光學(xué)實驗用的長方體玻璃磚，它的面不能用手直接接觸。在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，兩位同學(xué)繪出的玻璃磚和三個針孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的針正好擋住插在a、b位置的針的像，但最后一個針孔的位置不同，分別為d、e兩點，如題22圖2所示。計算折射率時，用（填“d”或“e”）點得到的值較小，用（填“d”或“e”）點得到的值誤差較小。答：光學(xué)；d；e解析：由折射率的定義可知，用d點得到的折射角較大（見題22答圖），計算得到的折射率的值較小。光線通過平行玻璃磚后的出射光線與入射光線平行，可知用e點得到的值誤差較小。4.某小組做測定玻璃的折射率實驗，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙。①下列哪些措施能夠提高實驗準確程度______。A.選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B.選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C.選用粗的大頭針完成實驗D.插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些②該小組用同一套器材完成了四次實驗，記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實驗操作正確的是______。③該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于、點，再過、點作法線的垂線，垂足分別為、點，如圖所示，則玻璃的折射率______。（用圖中線段的字母表示）【答案】(1).AD(2).D(3).【解析】【詳解】采用插針法測定光的折射率的時候，應(yīng)選定光學(xué)表面間距大一些的玻璃磚，這樣光路圖會更加清晰，減小誤差，同時兩枚大頭針的距離盡量大一些，保證光線的直線度，因此AD正確，光學(xué)表面是否平行不影響該實驗的準確度，因此B錯誤，應(yīng)選用細一點的大頭針因此C錯誤。根據(jù)光的折射定律可知當(dāng)選用平行的玻璃磚時出射光和入射光應(yīng)是平行光，又因發(fā)生了折射因此出射光的出射點應(yīng)相比入射光的延長線向左平移，因此D正確，ABC錯誤由折射定律可知折射率，，，聯(lián)立解得5.“測定玻璃的折射率”實驗中,在玻璃磚的一側(cè)豎直插兩個大頭針A、B，在另一側(cè)再豎直插兩個大頭針C、D.在插入第四個大頭針D時,要使它_________________.題12B-2圖是在白紙上留下的實驗痕跡，其中直線a、a'是描在紙上的玻璃磚的兩個邊.根據(jù)該圖可算得玻璃的折射率n=__________。(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)地震時，震源會同時產(chǎn)生兩種波，一種是傳播速度約為3.5km/s的S波,另一種是傳播速度約為7.0km/s的P波.一次地震發(fā)生時,某地震監(jiān)測點記錄到首次到達的P波比首次到達的S波早3min。假定地震波沿直線傳播，震源的振動周期為1.2s，求震源與監(jiān)測點之間的距離x和S波的波長.λ【答案】（1）C（2）擋住C及A、B的像；1.8（1.6~1.9都算對）（3）4.2km【解析】（1）白熾燈光為自然光，經(jīng)過P后為偏振光。旋轉(zhuǎn)偏振片P，A處得到的是始終強度相同的偏振光，偏振光再經(jīng)過偏振片，在B處的光強隨著P轉(zhuǎn)動而變化，當(dāng)Q的透振方向與經(jīng)過P的偏振光的振動方向垂直時，B處的光強為0。(2)插在D點的大頭針必須擋住C及A、B的像，這樣才保證沿A、B的光線經(jīng)過C、D；作出光路圖如圖所示，以入射點O為圓心作圓，交入射光線與折射光線于E、F，從E、F作法線的垂線交法線于G、H，用刻度尺量出EG、FH的長，由公式n＝eq\f(sini,sinγ)＝eq\f(\f(EG,EO),\f(FH,FO))＝eq\f(EG,FH)，求出折射率n=1.8。（3）設(shè)P波的傳播時間為t，則解得代入數(shù)據(jù)得x=1260km，由λ=vsT，解得λ=4.2km6.【浙江省2021年高考真題】(2)小明同學(xué)在做“測定玻璃的折射率”實驗時，發(fā)現(xiàn)只有3枚大頭針，他把大頭針A、B、C插在如圖所示位置，并測出了玻璃的折射率。請在答題紙相應(yīng)方框中畫出光路圖，標(biāo)出入射角i和折射角r，并寫出折射率n的計算式。____________【答案】(1).ACD(2).Ⅱ(3).能(4).(5).【解析】(1)[1]A．題中需要將盤和砝碼的重力可當(dāng)作牽引力，所以首先需要補償小車受到阻力的影響，即抬高長木板右端，小車在不接盤和砝碼的情況下，輕推小車，使小車做勻速直線運動，說明小車重力沿斜面的分力與小車所受阻力等大反向，A正確；D．然后掛上盤與砝碼，根據(jù)牛頓第二定律對小車，根據(jù)牛頓第二定律兩式相比解得繩子拉力當(dāng)滿足盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，即，盤和砝碼的重力可當(dāng)作牽引力，D正確；B．實驗過程中摩擦阻力無法消除，本實驗裝置無法驗證“機械能守恒定律”故B錯誤C．細線與長木板平行需要平行，保證繩子的拉力與小車運動方向一致，這樣盤和砝碼的重力可完全當(dāng)作牽引力，C正確。故選ACD。[2]小車做勻加速直線運動，位移逐漸增大，所以實驗打出的紙帶是第II條。[3]根據(jù)動能定理可知，圖像的斜率為，據(jù)能求出小車的質(zhì)量。(2)[4]光路圖如圖所示[5]根據(jù)折射定律可知。7.某同學(xué)測量玻璃磚的折射率，準備了下列器材：激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚.如圖所示，直尺與玻璃磚平行放置，激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點射向玻璃磚表面，在直尺上觀察到A、B兩個光點，讀出OA間的距離為20.00cm，AB間的距離為6.00cm，測得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d1＝10.00cm，玻璃磚厚度d2＝4.00cm.玻璃的折射率n＝________，光在玻璃中傳播速度v＝________m/s(光在真空中傳播速度c＝3.0×108m/s，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字).【答案】①.1.2②.2.5×108m/s.【解析】第一空、作出光路圖如圖所示，根據(jù)幾何知識可得入射角i＝45°，設(shè)折射角為r，則tanr＝，故折射率n＝第二空、光在玻璃介質(zhì)中的傳播速度＝2.5×108m/s.8.在“測定玻璃的折射率”實驗中，（1）下列給出的實驗器材中，本實驗需要用到的有______。A、B、C、D、（2）實驗中，下列做法正確的是______（填選項前的字母）。A．入射角不宜太小B．為了測量的準確性，必須選用平行玻璃磚來測量C．在白紙上放好玻璃磚后，可以用鉛筆貼著光學(xué)面畫出界面D．為了減小實驗誤差，應(yīng)該改變?nèi)肷浣堑拇笮?，多做幾次實驗?）該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點，再過A、B點作法線NN′的垂線，垂足分別為C、D點，如圖所示，則玻璃的折射率n＝______。（用圖中線段的字母表示）【答案】①.BCD②.AD③.【解析】（1）[1]用插針法測量折射率，在實驗中需要