2024届高三物理二轮复习实验部分微专题复习-测定玻璃的折射率实验专题（含解析）

这是一份2024届高三物理二轮复习实验部分微专题复习-测定玻璃的折射率实验专题（含解析），共12页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。
一、实验题
在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中：
(1)甲同学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，如图甲所示。则他测出的折射率将__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)；
(2)乙同学在画界面时，不小心将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，如图乙所示，则他测得折射率______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
如图(甲)所示，某同学利用方形不透光水槽和刻度尺测量水的折射率。主要实验步骤如下：
(1)首先用刻度尺测量出水槽的高度H和底边AB的长度L；
(2)把刻度尺固定在水槽底，与底边AB平行，且零刻度线一端紧抵BC边；
(3)水槽内无水时，在右上方调整视线，从观察点E恰好能通过B1看到水槽底面边缘的A点，如图(乙)所示；
(4)保持观察点E的位置不变，往水槽内加满水，此时刚好能看到刺度尺上的P点，测量出从______点到______点的距离，并记为d；
(5)水的折射率的表达式n=______(用H、L、d表示)；
(6)由于刻度尺的零刻度线不在边缘，导致水的折射率的测量值与真实值相比______(选填“偏大”或“偏小”)。
“测定玻璃的折射率”部分实验步骤如下：①先在白纸上画一条直线EE′，代表两种介质的分界面；再画出一直线段AB作为入射光线，然后画出分界面上B处的法线NN′，如图所示。
②把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与EE′对齐，用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动。将玻璃砖取下，画出直线FF′代表玻璃砖的另一边。
③在直线AB上竖直插上两枚大头针G1、G2，放回玻璃砖，然后透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像，调整视线方向，直到G1的像被G2挡住。
④在观察的这一侧竖直地插上两枚大头针G3和G4，用G3挡住G1、G2的像，用G4挡住G3以及G1、G2的像。
⑤移去大头针和玻璃砖，过G3、G4的插点画直线CD，与FF′相交于C点，直线CD就表示沿直线AB入射的光线透过玻璃砖后的光线，连接BC，BC就是玻璃砖内的折射光线的路径。
⑥用量角器量出入射角i和折射角r
(1)以下各说法中正确的是____
A.G1、G2及G3、G4之间的距离适当大些，可以提高准确度
B.G1、G2及G3、G4之间的距离取得小些，可以提高准确度
C.入射角i适当大些，可以提高准确度
D.G1、G2的间距和入射角的大小均与实验的准确度无关
(2)该玻璃的折射率n=_________(用i、r表示)
(3)若作出的EE′与FF′的间距比玻璃两表面的实际间距大，则测量结果将________(填“偏大”或“偏小”或“无影响”)
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NNˈ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)
(4)在用针插法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图①、②和③所示，其中甲、丙同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图。则
(ⅰ)甲同学测得的折射率与真实值相比__________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)；
(ⅱ)乙同学测得的折射率与真实值相比__________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)；
(ⅲ)丙同学测得的折射率与真实值相比__________。
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”)。
在“测定玻璃的折射率”的实验中：
①在白纸上放好平行玻璃砖，如图1所示，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，并依次插上大头针P3和P4，在插P3和P4时，用P3挡住P1、P2的像，用P4挡住P3及______ 。
②某同学实验中作出光路图如图2所示，此玻璃的折射率计算式为n= ______ (用图中的θ1、θ2表示)。
③如图3所示，玻璃砖两个界面不平行，在bb′一侧透过玻璃砖观察，可以看到P1和P2的像，是否依然可以借助上述方法测出折射率？请说出理由。
④如图3所示，玻璃砖两个界面不平行，在bb′一侧透过玻璃砖观察，可能看不到P1和P2的像，请分析原因。
(1)几位同学做“用插针法测定玻璃折射率”实验，图示直线aa′、bb′表示在白纸上画出的玻璃砖的两个界面．几位同学进行了如下操作：
A.甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′与bb′不平行，其他操作正确
B.乙同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面aa′和bb′后，将玻璃砖向aa′方向平移了少许，其他操作正确
C.丙同学在白纸上画aa′、bb′两界面时，其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，其他操作正确
上述几位同学的操作，对玻璃折射率的测定结果没有影响的是________(填写选项前的字母)．
(2)在用插针法测玻璃砖折射率的实验中，已确定好入射方向AO，插了两枚大头针P1和P2，如图所示(①②③是三条直线).在以后的操作说法中你认为正确的是________．
A.在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在③线上
B.保持O点不动，减小入射角，在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在①线上
C.保持O点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，这可能是光在bb′侧面发生全反射
如图1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，长方体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OA上竖直插上P1、P2两枚大头针。
图1
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有____。(填选项前的字母)
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挡住P3和P1、P2的像
D.插上大头针P4，使P4仅挡住P3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1中角α和角β的大小，则玻璃的折射率n=____。
(3)如图2所示，若该同学在实验中将玻璃砖的界面aa′和bb′的间距画得过宽，其他操作正确，图2中甲图的折射率的测量值____准确值;乙图的折射率的测量值____准确值。(均选填“大于”“小于”或“等于”)
图2
答案和解析
1.【答案】不变；偏小
【解析】
【分析】
用插针法测定玻璃砖折射率的实验原理是折射定律n=sinisinr，作出光路图，分析入射角与折射角的误差，来确定折射率的误差．
对于实验误差，要紧扣实验原理，用作图法，确定出入射角与折射角的误差，即可分析折射率的误差．
【解答】
(1)如图甲所示，红线(左侧)表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图，而黑线(右侧)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，则由折射定律n=sinisinr得知，测得的折射率将不变．
(2)如图乙所示．红线(左侧)表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图，而黑线(右侧)是作图时所采用的光路图，可见，入射角没有变化，折射角的测量值偏大，则由n=sinisinr得，折射率测量值偏小；
故答案为：不变，偏小
2.【答案】P B LH2+d2dH2+L2 偏大
【解析】解：P点反射的光线从水中射入空气发生折射，折射光线经过E点，光路图如图所示：
(4)保持观察点E的位置不变，往水槽内加满水，此时刚好能看到刺度尺上的P点，测量出从P点到B点的距离，并记为d；
(5)由图示光路图可知，sini=LH2+L2，sinr=dH2+d2
水的折射率：n=sinisinr=LH2+L2dH2+d2=LH2+d2dH2+L2
(6)刻度尺的零刻度线不在边缘，所测PB间的距离d偏小，
由于d偏小，水的折射率n=LH2d2+1H2+L2偏大。
故答案为：(4)P；B；(5)LH2+d2dH2+L2；(6)偏大。
光从水槽内射入空气发生折射，根据题意作出光路图，根据折射定律与实验步骤分析答题，根据折射定律求出水的折射率；根据题意分析实验误差。
本题考查了测水的折射率实验，理解实验原理、作出光路图是解题的前提与关键，应用折射率公式即可解题。
3.【答案】(1)AC (2)sinisinr (3)偏小
【解析】略
4.【答案】(1)AD；
(2)D；
(3)ACBD ；
(4)(ⅰ)偏小，(ⅱ)不变，(ⅲ)可能偏大、可能偏小、可能不变
【解析】略
5.【答案】d2d1 不变
【解析】解：(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：sini=d1R，sinr=d2R
则此玻璃折射率测量值的表达式为：n=sinrsini=d2d1
(2)分别连接光线与两种情况下边界的交点，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：n=sinisinr
测得的折射率将不变。
故答案为：(1)d2d1；(2)不变。
(1)用插针法测定玻璃砖折射率的实验原理是折射率的定义式n=sinisinr，此公式的适用条件是光从真空射入玻璃折射。根据数学知识求出入射角与折射角的正弦值，再根据折射率的定义式求解折射率。
(2)作出光路图，分析入射角与折射角的误差，来确定折射率的误差。
对于实验误差，要紧扣实验原理，用作图法，确定出入射角与折射角的误差，即可分析折射率的误差。
6.【答案】P1、P2的像 sinθ1sinθ2
【解析】解：①本实验用大头针P3和P4来确定出射光线，所以，在插P3和P4时，用P3挡住P1、P2的像，用P4挡住P3及P1、P2的像。
②根据折射定律有n=sinθ1sinθ2。
③依然可以借助这种方法测出折射率，因为只要借助大头针P3和P4找到出射点，就能找到折射光线，进而找到折射角。
④如图3所示，玻璃砖两个界面不平行，在bb′一侧透过玻璃砖观察，可能看不到P1和P2的像，原因是可能当光传播到bb′界面上发生了全反射。
故答案为：①P1、P2的像；②sinθ1sinθ2；③依然可以借助这种方法测出折射率，因为只要借助大头针P3和P4找到出射点，就能找到折射光线，进而找到折射角；④可能当光传播到bb′界面上发生了全反射。
①用插针法测定玻璃的折射率，需要确定入射光线和出射光线，用大头针P3和P4来确定出射光线。
②根据入射角和折射角，由折射定律求折射率。
③如图3所示，玻璃砖两个界面不平行，依然可以借助这种方法测出折射率。
④玻璃砖两个界面不平行，在bb′一侧透过玻璃砖观察，可能看不到P1和P2的像，光线在bb′界面上发生了全反射。
本题是插针法测定玻璃砖的折射率实验，实验原理是折射定律，要知道这种方法与玻璃砖的形状无关。
7.【答案】(1)AB (2)B
【解析】解析：(1)甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′和bb′不平行，不会影响入射角和折射角的确定；乙同学将玻璃砖向aa′方向平移了少许，直线aa′、bb′之间的距离仍然等于玻璃砖的厚度，入射角和折射角的大小不变；丙同学在白纸上画aa′和bb′间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，使画出的入射点向左移，出射点向右移，所画的折射角比实际值大，算得的折射率将偏小．
(2)由折
射定律得知，光线通过平行玻璃砖后向一侧发生侧移，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②一侧偏移，如图，故另两枚大头针P3和P4不可能插在③线上，故A错误；若保持O点不动，减小入射角，折射角也减小，另外两枚大头针P3和P4可能插在①线上，故B正确；若保持O点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，反射光增强，折射光线减弱，根据光路可逆性原理得知，光线不可能在bb′界面发生全反射，故C错误．
答案：(1)AB (2)B
8.【答案】(1)BC；(2)sinβsinα；(3)小于；小于。
【解析】
【试题解析】
【分析】
(1)由实验正确操作步骤分析；
(2)由折射定律求解；
(3)由产生实验误差的原因分析。
掌握该实验的操作步骤及误差分析是求解的关键。
【解答】
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有：确定P3大头针的位置，方法是插上大头针P3，使P3能挡住P1、P2的像;确定P4大头针的位置，方法是插上大头针P4，使P4能挡住P3和P1、P2的像，选项BC正确，AD错误。
(2)根据折射定律可得玻璃的折射率为n=sinβsinα。
(3)题中甲图将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽但仍平行，而其他操作正确，导致α角偏大，由于n=sinβsinα，故折射率的测量值将偏小。
同理，题中乙图将玻璃砖界面aa′和bb′的间距两边都画得过宽但仍平行，而其他操作正确，同样会导致α角偏大，由于n=sinβsinα，故折射率的测量值将偏小。