2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十四章 機械振動與機械波 光 電磁波與相對論 實驗十五 測定玻璃的折射率學(xué)案.doc

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實驗十五測定玻璃的折射率1實驗原理如圖1所示，當(dāng)光線AO以一定的入射角1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線AO對應(yīng)的出射光線OB，從而求出折射光線OO和折射角2，再根據(jù)n或n計算出玻璃的折射率圖12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OB及出射點O，連接O、O得線段OO.(7)用量角器測量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin1和sin2.(8)改變?nèi)肷浣?，重?fù)實驗，算出不同入射角時的，并取平均值1數(shù)據(jù)處理(1)計算法：用量角器測量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin1和sin2.算出不同入射角時的，并取平均值(2)作sin1sin2圖象：改變不同的入射角1，測出不同的折射角2，作sin1sin2的圖象，由n可知圖象應(yīng)為直線，如圖2所示，其斜率為折射率圖2(3)“單位圓”法確定sin1、sin2，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EH.如圖3所示，sin1，sin2，OEOER，則n.只要用刻度尺量出EH、EH的長度就可以求出n.圖32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.命題點一教材原型實驗例1如圖4所示，某同學(xué)用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心O，在玻璃磚(圖中實線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接OP3，圖中MN為分界線，虛線半圓與玻璃磚對稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點圖4(1)設(shè)AB的長度為l1，AO的長度為l2，CD的長度為l3，DO為的長度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量_，則玻璃磚的折射率可表示為_(2)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時針轉(zhuǎn)過一小角度，由此測得玻璃磚的折射率將_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)答案(1)l1和l3n(2)偏大解析(1)sin 1，sin 2，因此玻璃的折射率n，因此只需測量l1和l3即可(2)當(dāng)玻璃磚順時針轉(zhuǎn)過一個小角度時，在處理數(shù)據(jù)時，認為l1是不變的，即入射角不變，而l3減小，所以測量值n將偏大1某同學(xué)利用“插針法”測定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行正確操作后，作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖5所示圖5(1)此玻璃的折射率計算式為n_(用圖中的1、2表示)(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應(yīng)選用寬度_(填“大”或“小”)的玻璃磚來測量答案(1)(2)大解析(1)光線由空氣射入玻璃的入射角i901，折射角r902，由折射率的定義可得：n，根據(jù)平行玻璃磚對光線的影響可知，玻璃磚寬度越大，側(cè)移量越大，折射角的測量誤差越小2在用插針法測定玻璃磚的折射率的實驗中，甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面aa、bb與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖6、和所示，其中甲、丙兩同學(xué)用的是矩形玻璃磚，乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚他們的其他操作均正確，且均以aa、bb為界面畫光路圖圖6(1)甲同學(xué)測得的折射率與真實值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”)(2)乙同學(xué)測得的折射率與真實值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”)(3)丙同學(xué)測得的折射率與真實值相比_答案(1)偏小(2)不變(3)可能偏大、可能偏小、可能不變解析(1)用圖測定折射率時，玻璃中折射光線偏折大了，所以折射角增大，折射率變??；(2)用圖測定折射率時，只要操作正確，與玻璃磚形狀無關(guān)；(3)用圖測定折射率時，無法確定折射光線偏折的大小，所以測得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不變命題點二實驗拓展創(chuàng)新例2某同學(xué)測量玻璃磚的折射率，準(zhǔn)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7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d110.00cm，玻璃磚厚度d24.00cm.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c3.0108 m/s，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)圖7答案1.22.5108解析作出光路圖如圖所示，根據(jù)幾何知識可得入射角i45，折射角r37，故折射率n1.2，故v2.5108 m/s.3某同學(xué)用半圓形玻璃磚測定玻璃的折射率(如圖8所示)實驗的主要過程如下：圖8A把白紙用圖釘釘在木板上，在白紙上作出直角坐標(biāo)系xOy，在白紙上畫一條線段AO表示入射光線B把半圓形玻璃磚M放在白紙上，使其底邊aa與Ox軸重合C用一束平行于紙面的激光從y0區(qū)域沿y軸負方向射向玻璃磚，并沿x軸方向調(diào)整玻璃磚的位置，使這束激光從玻璃磚底面射出后，仍沿y軸負方向傳播D在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2.E在坐標(biāo)系y0的區(qū)域內(nèi)豎直地插上大頭針P3，并使得從P3一側(cè)向玻璃磚方向看去，P3能同時擋住P1和P2的像F移開玻璃磚，連接O、P3，用圓規(guī)以O(shè)點為圓心畫一個圓(如圖中虛線所示)，此圓與AO線交點為B，與OP3線的交點為C.確定出B點到x軸、y軸的距離分別為x1、y1，C點到x軸、y軸的距離分別為x2、y2.(1)若實驗中該同學(xué)沒有將玻璃磚的底邊aa與Ox軸重合，而是向y0方向側(cè)移了一些，這將導(dǎo)致所測的玻璃折射率與其真實值相比_(選填“偏大”“不變”或“偏小”)(2)若實驗中該同學(xué)在y0的區(qū)域內(nèi)，從任何角度都無法透過玻璃磚看到P1、P2，為能透過玻璃磚看到P1、P2，應(yīng)采取的措施是：_.答案見解析解析(1)折射率n，玻璃磚的底邊aa與Ox軸未重合而向y0方向側(cè)移了一些，導(dǎo)致測量的x2偏大，x1偏小，所以玻璃的折射率的測量值與真實值相比偏大；(2)在y0的區(qū)域內(nèi)，從任何角度都無法透過玻璃磚看到P1、P2，說明光線AO在界面aa上發(fā)生了全反射應(yīng)該減小光線AO的入射角4.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9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)象恰好消失此時只需測量出_，即可計算出玻璃磚的折射率請用你測量的量表示出折射率n_.圖9答案玻璃磚直徑邊繞O點轉(zhuǎn)過的角度解析玻璃磚轉(zhuǎn)動時，射在其直徑所在平面內(nèi)的光線的入射角增大，當(dāng)增大到等于臨界角時，發(fā)生全反射現(xiàn)象因sin ，可見只要測出臨界角即可求得折射率n，而和玻璃磚直徑繞O點轉(zhuǎn)過的角度相等，因此只要測出玻璃磚直徑邊繞O點轉(zhuǎn)過的角度即可5小明同學(xué)設(shè)計了一個用刻度尺測半圓形玻璃磚折射率的實驗，如圖10所示，他進行的主要步驟是：圖10A用刻度尺測玻璃磚的直徑AB的大小d.B先把白紙固定在木板上，將玻璃磚水平放置在白紙上，用筆描出玻璃磚的邊界，將玻璃磚移走，標(biāo)出玻璃磚的圓心O、直徑AB、AB的法線OC.C將玻璃磚放回白紙的原處，長直尺MN緊靠A點并與直徑AB垂直放置D調(diào)節(jié)激光器，使PO光線從玻璃磚圓弧面沿半徑方向射向圓心O，并使長直尺MN的左右兩側(cè)均出現(xiàn)亮點，記下左側(cè)亮點到A點的距離x1，右側(cè)亮點到A點的距離x2.則：(1)小明利用實驗數(shù)據(jù)計算此玻璃磚折射率的表達式為n_.(2)關(guān)于上述實驗，以下說法正確的是_A在BOC的范圍內(nèi)，改變?nèi)肷涔饩€PO的入射角，直尺MN上可能只出現(xiàn)一個亮點B左側(cè)亮點到A點的距離x1一定小于右側(cè)亮點到A點的距離x2C左側(cè)亮點到A點的距離x1一定大于右側(cè)亮點到A點的距離x2D要使左側(cè)亮點到A點的距離x1增大，應(yīng)減小入射角答案(1) (2)ABD解析(1)設(shè)光線在AB面上的入射角為，折射角為，根據(jù)幾何關(guān)系有：sin，sin.則折射率n.(2)當(dāng)入射角大于等于發(fā)生全反射的臨界角時，只有反射沒有折射，則直尺MN上只出現(xiàn)一個亮點，故A正確光從玻璃射入真空，折射角大于入射角，通過幾何關(guān)系知，x1x2，故B正確，C錯誤減小入射角，則折射角減小，x1增大，故D正確