专题108测量玻璃砖的折射率（原卷版+解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

这是一份专题108测量玻璃砖的折射率（原卷版+解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练，文件包含专题108测量玻璃砖的折射率解析版-2023高考一轮复习知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练docx、专题108测量玻璃砖的折射率原卷版-2023高考一轮复习知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共29页， 欢迎下载使用。
2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练第十八章  光学专题108  测量玻璃砖的折射率第一部分  知识点精讲一、实验原理与操作1．实验目的测定玻璃的折射率，掌握光发生折射的入射角和折射角的确定方法。2．实验原理用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B，确定出O′点，画出折射光线OO′，然后测量出角θ1和θ2，根据n＝计算玻璃的折射率。3．实验器材白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖4．实验步骤(1)铺白纸、画线①如图甲所示，将白纸用图钉按在绘图板上，先在白纸上画出一条直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线。
②把平行玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb′。(2)插针与测量①在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置，如图甲所示。②移去玻璃砖连接P3、P4并延长交bb′于O′，连接OO′即为折射光线，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′。③用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值。④改变入射角θ1，重复实验，记录相关测量数据。5．数据处理(1)计算法：计算每次折射率n，求出平均值。(2)图象法(如图乙所示)(3)单位圆法(如图丙所示)二、误差分析1．确定入射光线、出射光线时不准确。2．测量入射角与折射角时的测量误差。3．作图时，玻璃砖的宽度绘制有误差，或因所画的两边界线不平行等原因出现误差。三、注意事项1．玻璃砖要用厚度较大的；2．入射角应在30°到60°之间；3．大头针要竖直插在白纸上，且距离应尽量大一些；4．玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。【创新领悟】实验器材、原理的创新1．测量液体折射率2．每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，这样便于画出入射光线(入射角)和折射光线(折射角)的确定。实验器材、数据处理的创新1．利用圆弧状玻璃砖测定玻璃折射率。2．sin i­sin r图象的斜率表示玻璃的折射率 　1．利用三角形玻璃砖测定玻璃折射率。2．应用光路图结合圆的几何特性求解折射率n＝＝＝实验器材、方法的创新1．利用半圆形玻璃砖测定玻璃折射率。2．应用光的全反射规律求解折射率 第二部分 最新高考题精选1（2021年1月浙江选考）小明同学在做“测定玻璃的折射率”实验时，发现只有3枚大头针，他把大头针A、B、C插在如图3所示位置，并测出了玻璃的折射率。请在答题纸相应方框中画出光路图，标出入射角i和折射角r，并写出折射率n的计算式。【参考答案】 (2)光路图标出i和r  n=   【名师解析】连接OC，则OC与法线的夹角为折射角r，AB与法线的夹角为入射角i，由折射定律，可得折射率n=。2.（2019高考理综天津卷）（2）某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。①下列哪些措施能够提高实验准确程度______。A.选用两光学表面间距大的玻璃砖B.选用两光学表面平行的玻璃砖C.选用粗的大头针完成实验D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些②该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是______。③该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于、点，再过、点作法线的垂线，垂足分别为、点，如图所示，则玻璃的折射率______。（用图中线段的字母表示）【参考答案】AD   B   【名师解析】①做测定玻璃的折射率实验，能够提高实验准确程度的是：选用两光学表面间距大的玻璃砖有助于提高确定折射角的准确程度，插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些，有助于提高确定入射角和折射角的准确程度，选项AD正确。②根据光通过平行玻璃砖的光路可知，入射线和出射线平行，在玻璃砖中折射角小于入射角，所以实验操作正确的是B。③由折射定律，玻璃的折射率。3.（2012··浙江）在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图19-1-甲所示。 （1）在图19-1-乙中画出完整的光路图；（2）对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n=       (保留3为有效数字)；（3）为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图19-1-丙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和                     （填“A”或“B”）。【参考答案】（1）完整的光路图如图。（2）1.51（3）A【名师解析】画出完整的光路图如图19-1-J所示。测量出入射角和折射角，由折射定律，求得该玻璃砖的折射率n=1.51. P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，由于入射界面和出射界面不平行，出射光线将向下偏折，所以其对应出射光线上的2枚大头针是P3和A。【点评】若待测玻璃砖两界面平行时，入射线和出射线平行；若待测玻璃砖两界面不平行时，入射线和出射线不平行。注解：利用插针法测量玻璃折射率，画出入射线、法线和折射线后，可以通过测量入射角、折射角，利用折射定律得出折射率；也可以以入射点作为圆心画出单位圆，单位圆与入射线和折射线相交。分别过这两个交点作法线的垂线，测量这两段垂线的长度，这两段垂线的长度的比值等于玻璃折射率。第三部分 最新模拟题精选1. . （2022江西南昌八一中学三模）某小组用“插针法”测平行玻璃砖的折射率，如图已确定好入射方向AO与玻璃砖界面的夹角为α，插了两枚大头针P1和P2，1、2、3、4分别是四条直线：
 （i）在侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在___________线上（选填“1”、“2”、“3”或“4”）；（ii）实验中画出入射点与出射点的连线，并测得连线与玻璃砖界面的夹角为β，则玻璃的折射率n=____________；（iii）若描出玻璃砖两边界线、后，不小心将玻璃砖沿OA方向平移了一些再进行实验，则折射率的测量值将___________（选填“偏大”、“不变”或“偏小”）。【参考答案】    ①. 2    ②.     ③. 不变【名师解析】 (i)[1]由折射定律得知，光线通过平行玻璃砖后光线向一侧发生侧移，由于光线在上表面折射时，折射角小于入射角，则出射光线向左侧偏移，即可能在2上(ii)[2]由题可知，折射率为(iii)[3]不小心将玻璃砖沿OA方向平移了，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由可知，测得的折射率将不变2. （2022湖北十堰高二期末）刘锋同学做“利用插针法测定玻璃砖折射率”实验，记录的玻璃砖和大头针的位置如图甲所示。回答下列问题：
 （1）关于该实验的操作，下列说法正确的是___________；A．在确定玻璃砖上下边界时，应用铅笔紧贴玻璃砖上下边缘画出、B．在确定、，位置时，二者距离应适当远一些，以减小误差C．为了实验操作方便，应选用粗的大头针D．为了减小实验误差，应该改变入射角的大小，多做几次实验（2）如图甲所示，过、，做直线交于，过作垂直于的直线，连接。用量角器测量图甲中角和的大小，则玻璃砖的折射率_______；（3）由于没有量角器和三角函数表，刘锋同学利用圆规，以入射点O为圆心、随机的半径R作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再分别过A、B点作法线的垂线，垂足分别为C、D点，如图乙所示，则玻璃砖的折射率__________（用图中线段的字母表示）。【参考答案】    ①. BD##DB    ②.     ③. 【名师解析】（1）在确定玻璃砖上下边界时，不能用铅笔紧贴玻璃砖上下边缘画出、，以免污染和磨损玻璃砖，故A错误；在确定、位置时，为减小误差，应使二者距离适当远一些，故B正确；为了减小实验误差，应选用细的大头针，故C错误；为了减小实验误差，应该改变入射角的大小，多做几次实验，故D正确。（2）[2]由折射定律以及光路的可逆性可得，玻璃砖的折射率为（3）[3]由几何关系知由折射定律得3. （2022福建泉州名校质检）在通过“插针法”测量玻璃的折射率实验中：（1）如图甲所示为实验使用的长方体玻璃砖，实验时不能用手直接接触玻璃砖的__________（选填“磨砂面或“光学面”）。（2）关于该实验，有以下操作步骤，正确是__________。A.摆好玻璃砖，并用笔紧贴玻璃画出其上下界面B.标记入射光线的大头针P1、P2之间的距离应适当大些C.在插针的过程中，大头针P3应挡住P1、P2D.在测量数据时，仅用毫米刻度尺也能获得计算折射率所需要的全部数据（3）在实验过程中画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面a′画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，则所测得的折射率将__________（填“偏大”“偏小”或“不变”）。【参考答案】    ①. 光学面    ②. BD    ③. 偏大【名师解析】（1）[1]玻璃砖的光学面不能用手直接接触，否则，接触面的污渍会影响接触面的平整，进而影响折射率的测定。（2）[2]关于该实验操作，不能白纸上用铅笔紧靠玻璃砖画出玻璃砖界面aa′和bb′，这样会污染和磨损玻璃砖，A错误；标记入射光线的大头针P1、P2之间的距离应适当大些，这样确定入射光线的方向更准确，B正确；在插针的过程中，大头针P3应挡住P1、P2的像，D错误；在测量数据时，仅用毫米刻度尺，根据三角形的边角关系，也能测出正弦值从而确定折射率，D正确。（3）[3]在实验过程中画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面a′画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，实际光线如图中黑线所示，而作图光线如图中红线所示，导致折射角偏小，所测得的折射率将偏大。4．（2021北京海淀一模）如图4所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边MN和PQ，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，再插上大头针P3、P4，然后做出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。关于此实验，下列说法中正确的是A．大头针P4 须挡住P3及P1、P2的像B．入射角越大，折射率的测量越准确C．利用量角器量出i1、i2，可求出玻璃砖的折射率D．如果误将玻璃砖的边PQ画到P′Q′，折射率的测量值将偏大【参考答案】　A【名师解析】入射角适当，折射率的测量越准确，选项B错误；利用量角器量出i1、i2，可求出玻璃砖的折射率，选项C错误；如果误将玻璃砖的边PQ画到P′Q′，则折射角偏大，折射率的测量值将偏小，选项D错误。5. （2021浙江3月百校联考）小柯同学在学校里做了“测定玻璃的折射率的实验”，到家里他发现就有一块呈长方体的透明厚玻璃砖，他还找来了一支激光笔、一块泡沫板、一张白纸、几根牙签，就开始做上了。他操作时发现当牙签遮挡住细激光束时，牙签上会有耀眼光斑(如图戊所示)，此时按下牙签，就可在白纸上记下激光束经过的一个位置。请问小柯同学要完成图已光路至少需要几根牙签_______？A. 1根 B. 2根 C. 3根 D. 4根【参考答案】A【名师解析】在激光束的这一侧不需要牙签就能记录入射光线的位置；当激光线射过玻璃砖后，出射点的位置能观察到，只需再用一根牙签就能记录出射光线的位置。故选A。6.(2020宁夏高三一模)用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时,先在白纸上放好圆弧状玻璃砖,在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2,然后在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4,使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P3以及P1和P2的像,在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓,如图甲所示,其中O为两圆弧圆心,图中已画出经P1、P2点的入射光线。(1)在图上补画出所需的光路。(2)为了测出玻璃的折射率,需要测量入射角和折射角,请在图中的AB分界面上画出这两个角。(3)用所测物理量计算折射率的公式为n=　　　　。 (4)为了保证在弧面CD得到出射光线,实验过程中,光线在弧面AB的入射角应适当　　　　(填“小一些”“无所谓”或“大一些”)。 (5)多次改变入射角,测得几组入射角和折射角,根据测得的入射角和折射角的正弦值,画出了如图乙所示的图像,由图像可知该玻璃的折射率n=　　　　。 【参考答案】 (1)见解析　(2)见解析　(3)　(4)小一些　(5)1.5【名师解析】 (1)连接P3、P4与CD交于一点,此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置,由于P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置,连接两交点即可作出玻璃砖中的光路,如图所示。(2)如图(3)由折射定律可得n=。(4)为了保证能在弧面CD上有出射光线,实验过程中,光线在弧面AB上的入射角应适当小一些,才不会使光线在CD面上发生全反射。(5)图像的斜率k==n,由题图乙可知斜率为1.5,即该玻璃的折射率为1.5。7.（4分）（2021辽宁抚顺重点高中期末）某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率（如图甲中实线所示）。在固定好的白纸上作出直角坐标系xOy，实验时将半圆形玻璃砖M放在白纸上，使其底边aa′与Ox轴重合，且圆心恰好位于O点，实验正确操作后，移去玻璃砖，作OP3连线，用圆规以O点为圆心画一个圆（如图中虚线所示），此圆与AO线交点为B，与OP3连线的交点为C，测出B点到x、y轴的距离分别为l1、d1，C点到x、y轴的距离分别为l2、d2。（1）根据测出的B、C两点到两坐标轴的距离，可知此玻璃折射率测量值的表达式n＝__；（2）该同学又用平行玻璃砖做实验如图乙所示。他在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa′和bb′后，不小心碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许，如图所示。则他测出的折射率将_     _（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 【参考答案】（1）    （2）不变    【名师解析】（1）设光线在x轴上的入射角为i，折射角为r，玻璃砖的半径为R，根据数学知识得，，则此玻璃折射率测量值的表达式为：。（2）如图所示，红线表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图，而黑线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，由折射率的定义式：测得的折射率将不变。   8、(2018·河北沧州模拟)(1)(10分)两位同学用两面平行的玻璃砖做“测定玻璃的折射率”实验．①甲同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO′延长线于C点，过A点和C点作垂直于法线的线段分别交法线于B点和D点，如图所示．测量有关线段长度，可得玻璃的折射率n＝________.(用图中线段表示)②乙同学在画界面时，不小心将两界面ab和cd间距画得比玻璃砖宽度大些，下界面与实际相同，如图所示．若操作无误，则他测得的折射率比真实值________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．【参考答案】      偏小【名师解析】①题图甲中AO为入射光线，OO′是折射光线，设光线在玻璃砖上表面的入射角为i，折射角为r，则由几何知识得到sini＝，sinr＝，又AO＝OC，则折射率n＝＝.②“测定玻璃砖折射率”的实验原理是折射定律n＝，如图所示，右边实线表示实际的光路图，左边虚线表示作图光路图，由图可看出，画图时的入射角不变、折射角比实际的折射角变大，由折射定律可知，测出的折射率变小．9．某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。①下列哪些措施能够提高实验准确程度______。A.选用两光学表面间距大的玻璃砖B.选用两光学表面平行的玻璃砖C.选用粗的大头针完成实验D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些②该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是______。③该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN’的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n=______。（用图中线段的字母表示）【参考答案】①AD  ②D  ③【名师解析】①采用插针法测定光的折射率的时候，应选定光学表面间距大一些的玻璃砖，这样光路图会更加清晰，减小误差，同时两枚大头针的距离尽量大一些，保证光线的直线度，因此AD正确，光学表面是否平行不影响该实验的准确度，因此B错误，应选用细一点的大头针因此C错误。②根据光的折射定律可知当选用平行的玻璃砖时出射光和入射光应是平行光，又因发生了折射因此出射光的出射点应相比入射光的延长线向左平移，因此D正确，ABC错误.③由折射定律可知折射率，，，联立解得.10.（4分）【加试题】（2019浙江杭州模拟4） 如图所示，某同学利用方格坐标纸来测定半圆形玻璃砖的折射率。其中，OA作为入射光线，是首先画在纸上的直线，他在直线OA适当位置先后竖直插上P1、P2两枚大头针，如图放上玻璃砖（如粗黑线所示），然后插上P3、P4大头针。（1）其中他确定P4大头针位置的方法应当是：_____            ________    _          ________；（2）若该同学实验操作规范准确，其记录情况如图所示。则该同学利用图示的记录情况可测得玻璃砖的折射率n=___________。【参考答案】【共4分，每空2分】（1）   透过玻璃砖看，使P4大头针挡住P1P2和P3三枚大头针的像     （2）   1.5     【名师解析】图中以半圆形玻璃砖的圆心画出了圆，若取圆的半径为1，则入射角的正弦值可表示为6，折射角的正弦值可表示为4，由折射定律可得n=1.5.11.（2019浙江大学附中模拟）小李同学利用激光笔和角度圆盘测一半圆形玻璃砖的折射率，如图所示是他用手机拍摄的某次实验现象照片，图中有三条明亮的光线，固定好激光笔，然后将圆盘和玻璃砖一起绕圆心______（填“顺时针”或者“逆时针”）缓慢转动了5°，发现光线③恰好消失了，那么这次他所测得半圆形玻璃砖的折射率n=______。【参考答案】顺时针  
【名师解析】圆盘和玻璃砖一起顺时针绕圆心缓慢转动，入射角逐渐增大，当入射角等于临界角时发生全反射，折射光线消失，由题得全反射临界角C=45°，由sinC=得n=
【关键点拨】
圆盘和玻璃砖一起顺时针绕圆心缓慢转动，入射角等于临界角时发生全反射，折射光线消失，由图读出临界角C，再由sinC=求折射率。本题利用全反射知识测定玻璃砖的折射率，其原理是全反射临界角公式sinC=，关键要理解并掌握全反射产生的条件。