2024届高考物理一轮总复习第十三章光第3讲实验-测量玻璃的折射率学案.docx

《2024届高考物理一轮总复习第十三章光第3讲实验-测量玻璃的折射率学案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2024届高考物理一轮总复习第十三章光第3讲实验-测量玻璃的折射率学案.docx（9页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第3讲实验：测量玻璃的折射率一、基本原理与操作原理装置图操作要领折射率n(1)铺白纸、画线将白纸用图钉固定在木板上画出两边界线aa和bb、法线NN、入射光线AO(2)插针与测量在AO上插上两枚大头针P1、P2，在玻璃砖另一侧通过观察插上大头针P3、P4移去玻璃砖和大头针，连接P3、P4交bb于O，连接OO测出入射角1、折射角2二、实验核心关键点1数据处理(1)计算法：用量角器测量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 2。算出不同入射角时的，并取平均值。(2)图像法：改变不同的入射角1，测出不同的折射角2，作出sin 1sin 2的图像，由n可知图像应是过原点的直线，如图所示，其

2、斜率为折射率。(3)“单位圆法”：以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线AO于E点，交折射光线OO于E点，过E作NN的垂线EH，过E作NN的垂线EH，如图所示，sin 1，sin 2，OEOER，则n。只要用刻度尺量出EH、EH的长度就可以求出n。2注意事项(1)玻璃砖要用厚度较大的。(2)入射角不宜过大或过小，一般控制在30到60之间。(3)大头针要竖直插在白纸上，且距离应适当大一些。(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。3误差分析(1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。(2)入射角和折射角的测量造成误差

3、，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。一、基础考法保住分考查点(一)实验原理与操作1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的准确度_。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

4、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)解析：(1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距大的玻璃砖以及使插在玻璃砖同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准确程度，减小误差；两光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应选用细长的大头针，故A、D正确，B、C错误。(2)由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线与出射光线平行，由光线在空气中的入射角大于玻璃中的折射角，画图可知正确的图为D。(3)如图所示，玻璃的折射率n，又sin i，sin r，故n。答案：(1)AD(2)D(3)考查点(二

5、)数据处理与误差分析2如图所示，在“测量玻璃的折射率”的实验中，当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找到跟入射光线AO对应的出射光线OB，从而确定玻璃中的折射光线OO。(1)在图中标记了四个角，分别为1、2、3、4，则玻璃的折射率n_。(2)下列措施中，不能减小实验误差的是_。A玻璃砖界面aa与bb间的距离适当大些B入射角要尽量小些C大头针应竖直地插在纸面上D大头针P1与P2、P3与P4的间距要适当远些解析：(1)由折射定律可知，玻璃的折射率n。(2)玻璃砖界面aa与bb间的距离适当大些，可减小实验误差；入射角太小，则角度的测量会产生较大误差；大头针应竖直地插在纸面上，可减

6、小实验误差；大头针P1与P2、P3与P4的间距要适当远些，这样可减小标记入射光线以及折射光线时的误差。故选B。答案：(1)(2)B3做测量玻璃折射率实验时，同学们被分成若干实验小组，以下是其中两个实验小组的实验情况：(1)甲组同学在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角r作出sin isin r图像如图甲所示，则下列判定正确的是_。A光线是从空气射入玻璃的B该玻璃的折射率约为0.67C该玻璃的折射率约为1.5D该玻璃置于空气中时临界角为45(2)乙组同学先画出图乙所示的坐标系，再在y0区域放入某介质(以x轴为界面)，并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点，它们的坐标分别

7、为A(8 cm,3 cm)、B(1 cm，4 cm)、C(7 cm，4 cm)，则：入射点O(图中未标出)的坐标为_；通过图中数据可以求得该介质的折射率n_。解析：(1)由题图甲可知，入射角大于折射角，故可知光线是从空气射入玻璃的，故A正确；由n可知，玻璃的折射率n1.5，故B错误，C正确；由sin C可知，临界角的正弦值为0.67,0.67，则临界角小于45，故D错误。(2)画出三条光线如图所示。根据折射光线与入射光线的对称性，可知，入射点O的横坐标为x cm4 cm，故入射点O的坐标为(4 cm,0)。设入射角为i，折射角为r。根据数学知识得：sin i0.6，sin r0.8所以该介质的

8、折射率：n。答案：(1)AC(2)(4 cm,0)二、创新考法不失分创新角度(一)实验器材、数据处理的创新1如图甲所示，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P1、P2的像和P3(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

9、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_(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)。创新点分析(1)实验器材选用三角形玻璃砖。(2)光路图结合圆的几何特性求解折射率n。 解析：(1)此后正确的操作步骤是：插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像；插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3，B、D正确。(2)能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是题图丙，因为n,题图丙的ODOG。答案：(1)BD(2)丙创新角度(二)实验方法的

10、创新2.某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像。如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失。此时只需测量出_，即可计算出玻璃砖的折射率。请用你测量的量表示出折射率n_。创新点分析(1)实验器材用了半圆形玻璃砖。(2)实验方法应用了光的全反射规律。 解析：玻璃砖转动时，射在其直径所在平面内的光线的入射角增大，当增大到等于临界角C时，发生全反射现象。因sin C，可见只要

11、测出临界角即可求得折射率n，而C和玻璃砖直径绕O点转过的角度相等，因此只要测出玻璃砖直径边绕O点转过的角度即可。答案：玻璃砖直径边绕O点转过的角度创新角度(三)实验过程的创新3.(多选)如图所示，某同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃砖折射率的实验，他进行的主要步骤是：用刻度尺测玻璃砖的直径AB的大小d；先把白纸固定在木板上，将玻璃砖水平放置在白纸上，用笔描出玻璃砖的边界，将玻璃砖移走，标出玻璃砖的圆心O、直径AB及AB的法线OC；将玻璃砖放回白纸的原处，长直尺MN紧靠A点并与直径AB垂直放置；调节激光器，使光线从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心O，并使长直尺MN的左右两端均出现亮点，记下左侧亮点

12、到A点距离x1，右侧亮点到A点的距离x2。则下列说法正确的是( )A利用上述实验数据计算可得玻璃砖折射率为 B左侧亮点到A点的距离x1一定小于右侧亮点到A点的距离x2C在BOC范围内，改变入射光PO的入射角，直尺MN上只能出现两个亮点D要使左侧亮点到A点的距离x1增大，应调节激光器使PO光线逆时针转动减小入射角创新点分析由射向O点的入射光线对应的折射光线和反射光线和相应界面，确定入射角和折射角的正弦值，进而求出玻璃砖的折射率。解析：选ABD设光线在AB面上的入射角为，折射角为，如图所示，根据几何关系有：sin ，sin ，可得玻璃折射率为n，故A正确；光从玻璃射入空气，折射角大于入射角，通过几

13、何关系知x1x2，故B正确；当POC大于等于全反射的临界角时，只有反射没有折射，则直尺MN上只出现一个亮点，故C错误；要使左侧亮点到A点的距离x1增大，则折射角减小，根据折射定律可知要减小入射角，应调节激光器使PO光线逆时针转动，故D正确。创新角度(四)实验目的的创新4.通过动手做实验可让学生们提高对物理实验的理解和应用能力。如图所示，一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率，请填写下述实验步骤中的空白。(1)用刻度尺测出广口瓶瓶口内径d。(2)在瓶内装满水。(3)将刻度尺沿瓶口边缘竖直插入水中。(4)沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的0刻度(即图中A点)，同时看到水面上B点刻

14、度的像B恰与A点的像重合。如图，若水面恰与直尺的C点相平，则_和_分别等于入射角和折射角。(5)读出_和_的长度。(6)由题中所给条件和前面步骤得到的数据，可以计算水的折射率n_。创新点分析利用光的反射定律和折射定律测量液体的折射率。 解析：(4)从A点发出的光线经折射后进入眼睛，所以OAC等于入射角，OBC(或OBC)等于折射角。(5)若水面恰与直尺C点相平，读出AC和AB(或AC和BC)的长度。(6)设从A点发出的光线射到水面时入射角为i，折射角为r，根据数学知识得知：sin i，sin r，则折射率为n，根据对称性有：BCBC，联立得n 或 。答案： (4)OACOBC(或OBC)(5)ACAB(或BC)(6)