高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題56 測定玻璃的折射率（講）（含解析）1

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專題56 測定玻璃的折射率（講） 本章考查的熱點有簡諧運動的特點及圖象、波的圖象以及波長、波速、頻率的關(guān)系，光的折射和全反射，題型以選擇題和填空題為主，難度中等偏下，波動與振動的綜合及光的折射與全反射的綜合，有的考區(qū)也以計算題的形式考查． 復(fù)習(xí)時應(yīng)注意理解振動過程中回復(fù)力、位移、速度、加速度等各物理量的變化規(guī)律、振動與波動的關(guān)系及兩個圖象的物理意義，注意圖象在空間和時間上的周期性，分析幾何光學(xué)中的折射、全反射和臨界角問題時，應(yīng)注意與實際應(yīng)用的聯(lián)系，作出正確的光路圖；光和相對論部分，以考查基本概念及對規(guī)律的簡單理解為主，不可忽視任何一個知識點． 1．學(xué)會用插針法確定光路． 2．會用玻璃磚和光的折射定律測定玻璃的折射率． 1．實驗原理 如原理圖甲所示，當(dāng)光線AO1以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線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、三角板、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． ★重點歸納★ 1．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． 2．注意事項 （1）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(yán)禁把玻璃磚當(dāng)尺子畫玻璃磚的另一邊bb′． （2）實驗過程中，玻璃磚在紙上的位置不可移動． （3）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． （4）實驗時入射角不宜過小，否則會使測量誤差過大，也不宜過大，否則在bb′一側(cè)將看不到P1、P2的像． ★典型案例★兩位同學(xué)用兩面平行的玻璃磚做“測玻璃的折射率”實驗。 （1）甲同學(xué)在量入射角和折射角時，由于沒有量角器，在完成了光路圖以后，以O(shè)點為圓心，OA為半徑畫圓，交OOˊ（法線）延長線于C點，過A點和C點作垂直O(jiān)Oˊ的線段分別交于B點和D點，如圖所示。測量有關(guān)線段長度，可得玻璃的折射率n= 。（用圖中線段表示） （2）乙同學(xué)在畫界面時，不小心將兩界面ab和cd間距畫得比玻璃磚寬度大些，下界面與實際相同，如圖所示。若操作無誤，則他測得的折射率比真實值 （選填“偏大”、“偏小”或“不變”）。 【答案】（1）； （2）偏小 （2）用插針法“測定玻璃磚折射率”的實驗原理是折射定律，如左圖所示，實線表示玻璃磚向上平移后實際的光路圖，虛線表示作圖光路圖，由圖看出，畫圖時的入射角、折射角與實際的入射角、折射角相等，由折射定律可知，測出的折射率沒有變化．即甲測出的n值將不變．乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚，只要操作正確，測量結(jié)果與玻璃磚形狀無關(guān)； 兩同學(xué)畫出的ab和cd都比實際側(cè)面向外側(cè)平移了一些，但在畫光路圖時，將入射點、出射點分別確定在ab、cd上，如圖，實線表示實際的光路圖，虛線表示乙同學(xué)畫圖時光路圖，入射角測量沒有誤差，而折射角偏大，則根據(jù)折射定律得知，測出的折射率n將偏?。? 【名師點睛】本題是插針法測定玻璃磚的折射率，實驗原理是折射定律，采用單位圓法處理數(shù)據(jù)，根據(jù)原理分析實驗誤差． ★針對練習(xí)1★一底面半徑為R的半圓柱形透明體的折射率為n=，橫截面如圖所示，O表示半圓柱形截面的圓心．一束極窄的光線在橫截面內(nèi)從AOB邊上的極靠近A點處以60的入射角入射，已知真空中的光速為c．求： （1）光在透明體中的傳播速度； （2）光線在極靠近A點處進(jìn)入透明體后的折射角 （3）該光線從射入透明體到第一次射出透明體時所經(jīng)歷的時間． 【答案】（1）（2）30（3） （3）設(shè)此透明物體的臨界角為C，依題意有： 經(jīng)作圖，光線在C、D處均發(fā)生全反射，由幾何關(guān)系得，在透明體內(nèi)的路徑長為：s=3R 經(jīng)歷的時間為： 【名師點睛】此題是對光的折射定律及全反射問題的考查；畫出光路圖是基礎(chǔ)，判斷能否發(fā)生全反射是關(guān)鍵．運用幾何知識求出光線在透明體通過的總路程。 ★針對練習(xí)2★如圖甲所示是由透明材料制成的半圓柱體，一束細(xì)光束由真空沿著徑向與AB成θ角射入后對射出的折射光線的強度進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)它隨著θ角的變化而變化，變化關(guān)系如圖乙所示，如圖丙所示是這種材料制成的玻璃磚，左側(cè)是半徑為R的半圓，右側(cè)是長為4R，寬為2R的長方形，一束單色光從左側(cè)A’點沿半徑方向與長邊成450角射入玻璃磚，求： （1）該透明材料的折射率； （2）光線在玻璃磚中運動的總時間；（光在空氣中的傳播速度為c） 【答案】（1）② （2）因為臨界角是45，光線在玻璃磚中剛好發(fā)生5次全反射，光路圖如圖所示，則光程為：，光在器具中的傳播速度為： 光在器具中的傳播時間：； 【名師點睛】解決本題關(guān)鍵要理解全反射現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件，并掌握臨界角公式，同時注意光在器具中的傳播速度與光在真空中傳播速度的不同。