【高考物理】一轮复习18、实验十八　测量玻璃的折射率-学案

这是一份【高考物理】一轮复习18、实验十八　测量玻璃的折射率-学案，共8页。

图1
(1)如图1，用插针法测量玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是________。
A.若不小心用手触摸了光学表面，不会影响测量
B.为减少测量误差，P1、P2的连线与法线NN′的夹角应尽量小些
C.为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些
D.bb′界面一定要与aa′平行，否则会有误差
(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。
(3)在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图像如图2所示，从图像可知玻璃砖的折射率等于________。
图2
(4)如图3所示，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′面到图中虚线位置，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”)。
图3
2.(2024·广东深圳高三月考)某物理实验小组用下面的方法测量液体的折射率。
(1)请将下列实验步骤补充完整：
①取一个圆形的软木塞，用游标卡尺测其直径d的示数如图4甲所示，则d＝________mm。
②在它的圆心处竖直插上一根大头针，让软木塞浮在液面上(如图乙所示)。
图4
③调整大头针插入软木塞的深度，使它露在液体里的长度为h，这时从液面上方的各个方向都恰好看不到大头针。
(2)写出用d和h求折射率的计算式：__________________________。
(3)若用刻度尺测得大头针露在液体里的长度为h＝1.50 cm，利用测得的d和h数据，求出液体的折射率n＝________(最后结果保留3位有效数字)。
3.某实验小组利用一个柱状玻璃砖测量玻璃的折射率，柱状玻璃砖的横截面如图5所示，经测量OABC为矩形，OA＝10eq \r(3) cm，AB＝20 cm，OCD为eq \f(1,4)圆周。用一细束单色光在图示平面内从AB中点P以i＝45°的入射角射入，在M、N处插针标记入射光的路径，在CD侧观察并在E处插针可挡住M、N处针的像，在F处插针可挡住E处的针和M、N处针的像。
图5
(1)完成光路图；
(2)玻璃的折射率为________；
(3)光线__________在O点发生全反射(填“能”或“不能”)。
4.如图6甲所示，在“测量玻璃折射率”的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。
(1)此后正确的操作步骤是________。
A.插上大头针P3，使P3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的像
D.插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像
(2)正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)。为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干条辅助线，如图乙、丙所示。能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图________选填(“乙”或“丙”)，所测玻璃折射率的表达式n＝________(用代表线段长度的字母ED、FG表示)。
图6
5.(2023·海南卷，14)如图7所示，在用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与光屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在光屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处。
图7
(1)请在图中画出激光束经玻璃砖折射后完整的光路图；
(2)已经测出AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，则折射率n＝________(用l1、l2、l3表示)；
(3)若改用宽度比ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
6.某同学在利用“插针法”测定一块红色直角三角形玻璃砖的折射率时发现，由于玻璃的颜色较深，在另一侧很难观测到对侧所插的针，他想到可以用实验室的红色激光器来完成实验。如图8所示，他在木板上固定好白纸，放好玻璃砖，正确作出了界面MN、MP、NP，然后让很细的激光平行于木板从玻璃砖的上界面MN入射。
图8
(1)由于激光很强，不能用眼睛直接观测，该同学通过在木板上插入被激光照亮的针来确定激光光路，正确的插针顺序应是________。
A.P1、P2、P3、P4B.P4、P3、P2、P1
C.P1、P2、P4、P3D.P4、P3、P1、P2
(2)若P1P2与MN垂直，用量角器量得图中的θ1＝60°，θ2＝30°，则玻璃的折射率为________。
A.eq \r(3)B.eq \f(\r(3),3)
C.eq \f(2\r(3),3)D.eq \f(\r(3),2)
(3)若激光器正常发光，平行于MN从玻璃砖NP界面垂直射入玻璃砖，如图中虚线箭头所示。该同学发现在MP一侧始终找不到出射光线，则原因是
______________________________________________________________________；
该同学在MP一侧没有找到出射光线，但在MN一侧找到了出射光线，他依然用被激光照亮的针确定了激光在MN一侧的出射光线和NP一侧的入射光线，则测量后他________计算出玻璃的折射率(填“能”或“不能”)。
参考答案
实验十八 测量玻璃的折射率
1.(1)C (2)大 (3)1.5 (4)偏大
解析 (1)手拿光学元器件时切忌用手触摸“工作面”，以防脏污甚至腐蚀光学面造成永久的损坏，故A错误；为减少测量误差，入射角应适当大一些，即P1、P2的连线与法线NN′的夹角应尽量大些，故B错误；为了减小作图误差，将出射光线确定得更准确些，P3和P4的距离应适当取大些，故C正确；测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关，故玻璃的两个光学面aa′、bb′不平行，对玻璃折射率的测定结果没有影响，故D错误。
(2)为了减小误差，应选用宽度大的玻璃砖来测量，宽度越大，出射光线的侧位移越大，折射角的测量越准确，故为了减小误差应选用宽度大的玻璃砖来测量。
(3)根据折射率定义公式有n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)
代入数据可得玻璃砖的折射率为n＝eq \f(0.6,0.4)＝1.5。
(4)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，实际光线如图中的O′Q所示，而作图光线如OQ所示，导致折射角偏小，所测得的折射率偏大。
2.(1)①30.1 (2)n＝eq \f(\r(d2＋4h2),d) (3)1.41
解析 (1)①根据游标卡尺的读数规律，该读数为
30 mm＋0.1×1 mm＝30.1 mm。
(2)由于从液面上方的各个方向都恰好看不到大头针，表明恰好发生全反射，根据几何关系有
sin iC＝eq \f(\f(d,2),\r(h2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,2)))2))
根据临界角与折射率的关系有sin iC＝eq \f(1,n)
解得n＝eq \f(\r(d2＋4h2),d)。
(3)根据上述，代入给定数值有
n＝eq \f(\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(30.1×10－3))2＋4×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1.50×10－2))\s\up4(2)),30.1×10－3)≈1.41。
3.(1)见解析图 (2)eq \r(2) (3)能
解析 (1)光路图如图所示
(2)由图中几何关系可得OP＝eq \r(PA2＋OA2)＝20 cm
则有sin γ＝eq \f(PA,OP)＝eq \f(1,2)
解得γ＝30°
根据折射定律可知，玻璃砖的折射率为
n＝eq \f(sin i,sin γ)＝eq \f(sin 45°,sin 30°)＝eq \r(2)。
(3)由图可知，光束在O点的入射角为θ＝90°－γ＝60°
设光束在O点发生全反射的临界角为iC，则有
sin iC＝eq \f(1,n)＝eq \f(\r(2),2)
可得iC＝45°