物理选择性必修 第一册2 实验：测定玻璃的折射率课后作业题

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1．在“测定玻璃折射率”的实验中操作步骤如下，请在横线上将实验内容补充完整．
(1)先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面，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)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐．在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb′；
(3)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．调整视线方向，直到P1的像被P2的像挡住．再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像和________，
记下________和________的位置(用题目中出现的字母表示)；
(4)移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，应通过P3、P4的连线与bb′的交点O′和aa′上的入射点O，作出玻璃砖中的光线OO′，测量出法线NN′与AO之间的夹角作为入射角θ1，测量出法线NN′与________之间的夹角作为折射角θ2，填入表格中．由n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2)计算玻璃的折射率(用题目中出现的字母表示).
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)
3．如图所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′.O为直线AO与aa′的交点．在直线AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针．
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有________．
A．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像
B．插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像
C．插上大头针P4，使P4仅挡住P3
D．插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像
(2)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的直线NN′，连接O、O′，测量图中角α和β的大小．则玻璃砖的折射率n＝________．
(3)如图甲、乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽．若其他操作正确，图甲折射率的测量值________准确值；图乙折射率的测量值________准确值．(均选填“大于”“小于”或“等于”)
4．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________(填“磨砂面”或“光学面”).
(2)对于该实验，有以下操作步骤：
A．摆好玻璃砖，确定玻璃砖上、下边界aa′、bb′
B．任意画出一条入射光线，如图乙所示，在光路上插上大头针P1、P2
C．在确定P3、P4位置时，应使P3挡住P1、P2的像，P4挡住________
D．在确定P3、P4位置时，二者距离应适当________(填“大”或“小”)些，以减小误差
(3)如图丙所示，过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直bb′的直线NN′，连接OO′.用量角器测量图丙中角α和β的大小，则玻璃的折射率n＝________．
(4)图丁为小薇同学实验获得的大头针位置，请帮助她画出该实验完整的光路图．
(5)小丹同学虽测出来入射角和折射角，但苦于无法得知非特殊角的正弦值，不能准确算出折射率，她利用实验室提供的圆规和刻度尺，以入射光线P1P2(图中未标出)所在的直线与玻璃砖的交点O为圆心，以某一适当长度R为半径画圆，与OA交于P点，与OO′的延长线交于Q点，从P点和Q点分别作玻璃砖界面的法线NN′的垂线，垂足分别为P′和Q′，如图戊所示，用刻度尺量得PP′＝45 mm，QQ′＝30 mm，则玻璃砖的折射率n＝________．
微点3 测定玻璃的折射率
1．答案：(3)P3 P3 P4 (4)OO′
解析：如图所示
在“测定玻璃折射率”的实验中需要保持P1、P2、P3和P4四点视线在一条直线上，即需要P4挡住P1、P2的像和P3，且需要记下P3和P4的位置．由折射率公式n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2)可知，需要测量出法线NN′与AO之间的夹角作为入射角θ1，测量出法线NN′与OO′之间的夹角作为折射角θ2.
2．答案：(1)AD (2)D (3) eq \f(AC,BD)
解析：(1)为了减小实验误差，选用的玻璃砖前后表面间距应尽量大些，即使玻璃砖内的折射光线尽量长些，A正确；测量折射率时，只需找出入射光线的折射光线，因此玻璃砖的两光学表面可以不平行，B错误；为了减小实验误差应选用较细的大头针完成实验，C错误；两枚大头针之间的距离应尽量大些，描绘出的光线误差会较小些，D正确．(2)由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线应与出射光线平行，B、C错误；又光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角，A错误，D正确．
(3)由折射定律可知n＝ eq \f(sin ∠AOC,sin ∠BOD)＝ eq \f(\f(AC,AO),\f(BD,BO))＝ eq \f(AC,BD).
3．答案：(1)BD (2) eq \f(sin β,sin α) (3)小于 小于
解析：(1)确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像．确定P4大头针的位置的方法是使大头针P4能挡住P3和P1、P2的像，选项B、D正确．
(2)根据折射定律，玻璃砖的折射率为n＝ eq \f(sin β,sin α).
(3)题图甲中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽但仍平行，而其他操作正确，如下图甲所示，导致折射角测量值偏大，而入射角测量值准确，由于n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2)，故折射率的测量值将小于准确值．
同理，题图乙中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽但仍平行，而其他操作正确，如上图乙所示，同样会导致折射角测量值偏大，而入射角测量值准确，由n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2)知折射率的测量值将小于真实值．
4．答案：(1)光学面 (2)P1、P2的像和P3 大
(3) eq \f(sin β,sin α) (4)见解析 (5)1.5
解析：(1)玻璃砖的光学面不能用手直接接触，否则污渍会影响接触面的平整性，进而影响折射率的测定．
(2)在确定P3、P4位置时，应使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像和P3；折射光线是通过玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，会增大测量误差，故P3、P4之间的距离应适当大些．
(3)根据折射定律可得玻璃的折射率为n＝ eq \f(sin β,sin α).
(4)连接P1和P2并延长，交玻璃砖的上表面于O1点，连接P3和P4并延长交玻璃砖的下表面于O2点，连接O1、O2，则O1、O2是光在玻璃砖内的折射光线，光路图如图所示．
(5)玻璃砖的折射率n＝ eq \f(sin i,sin r)＝ eq \f(PP′,PO)∶ eq \f(QQ′,OQ)＝ eq \f(PP′,QQ′)＝ eq \f(45,30)＝1.5.