（江蘇專版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第59講 實(shí)驗(yàn)十二 測(cè)定玻璃的折射率講義

（江蘇專版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第59講 實(shí)驗(yàn)十二 測(cè)定玻璃的折射率講義考情剖析考查內(nèi)容考綱要求考查年份考查詳情能力要求實(shí)驗(yàn)、探究：測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)備一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解用插針?lè)y(cè)定玻璃折射率的原理2學(xué)會(huì)測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)方法二、實(shí)驗(yàn)器材玻璃磚、白紙、木板、大頭針(四枚)、圖釘(四枚)、量角器、三角板(或直尺)、鉛筆三、實(shí)驗(yàn)原理用插針?lè)ù_定光路，找出跟入射線相對(duì)應(yīng)的折射線；用量角器測(cè)出入射角i和折射角r；根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率n.四、實(shí)驗(yàn)步驟1把白紙用圖釘釘在木板上；2在白紙上畫一條直線aa作為界面，畫一條線段AO作為入射光線，并過(guò)O點(diǎn)畫出界面aa的法線NN，如圖所示；3把長(zhǎng)方形的玻璃磚放在白紙上，使它的一個(gè)邊跟aa對(duì)齊，并畫出玻璃磚的另一個(gè)邊bb；4在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1和P2；5在玻璃磚的bb一側(cè)豎直地插上大頭針P3，用眼睛觀察，調(diào)整視線，要使P3能同時(shí)擋住P1和P2的像；6同樣地在玻璃磚的bb一側(cè)再豎直地插上大頭針P4，使P4能擋住P3本身和P1和P2的像；7記下P3和P4的位置，移去玻璃磚和大頭針，過(guò)P3和P4作直線OB與bb交于O，連接OO，OO就是玻璃磚內(nèi)的折射光線，入射角iNOA，折射角rOON；8用量角器量出入射角和折射角的度數(shù)；9從三角函數(shù)表中查出入射角和折射角的正弦值，記入自己設(shè)計(jì)的表格里；10用上面的方法分別求出入射角是30°、45°、60°時(shí)的折射角，查出入射角iNOA和折射角rOON的正弦值；11算出不同入射角時(shí)的值比較一下，看它們是否接近一個(gè)常數(shù)，求出幾次實(shí)驗(yàn)中所測(cè)的平均值，這就是玻璃磚的折射率五、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理的另一種方法：如圖所示，以O(shè)1為圓心以任意長(zhǎng)為半徑(半徑要盡可能長(zhǎng)些約10 cm)畫圓交入射光線AO1于M點(diǎn)、交折射光線O1O于P點(diǎn)，過(guò)M、P作NN的垂線MK、PQ，則n，據(jù)此可知，用刻度尺測(cè)出MK、QP的長(zhǎng)度，即可求出折射率n.六、誤差分析誤差的主要來(lái)源：1確定入射光線、出射光線時(shí)的誤差故入射側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針間距離宜大點(diǎn)2測(cè)量入射角與折射角時(shí)的誤差故入射角不宜過(guò)小，但入射角也不宜過(guò)大，過(guò)大則反射光較強(qiáng)，出射光較弱七、注意事項(xiàng)1玻璃磚要厚，用手拿玻璃磚時(shí)，只能接觸玻璃毛面或棱，嚴(yán)禁用玻璃磚當(dāng)尺子畫界面；2入射角應(yīng)在30°到60°之間；3大頭針要豎直插在白紙上，且玻璃磚每一側(cè)兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)盡量大一些，以減小確定光路方向時(shí)造成的誤差；4玻璃磚的折射面要畫準(zhǔn)；5由于要多次改變?nèi)肷浣侵貜?fù)實(shí)驗(yàn)，所以入射光線與出射光線要一一對(duì)應(yīng)編號(hào)以免混亂技能優(yōu)化釋難答疑的金鑰匙【典型例題1】在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，如圖甲所示(1)在圖中畫出完整的光路圖；甲乙(2)對(duì)你畫出的光路圖進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，求得該玻璃磚的折射率n_(保留3位有效數(shù)字)；(3)為了觀測(cè)光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象，某同學(xué)做了兩次實(shí)驗(yàn)，經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針，如圖乙所示圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對(duì)應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和_(選填“A”或“B”)【典型例題2】學(xué)校開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量液體折射率的儀器，如圖所示在一圓盤上，過(guò)其圓心O作兩條互相垂直的直徑BC、EF，在半徑OA上，垂直盤面插下兩枚大頭針P1、P2并保持P1、P2位置不變，每次測(cè)量時(shí)讓圓盤的下半部分豎直進(jìn)入液體中，而且總使得與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2的像，同學(xué)們通過(guò)計(jì)算，預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值，則：(1)若AOF30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所對(duì)應(yīng)的折射率的值為_(kāi)(2)圖中P3、P4兩位置中_(選填“P3”或“P4”)處所對(duì)應(yīng)的折射率大(3)作AO的延長(zhǎng)線交圓周于K，K處所對(duì)應(yīng)的折射率值應(yīng)為_(kāi)(4)若保持AOF30°不變，用該裝置能測(cè)量的最大折射率的值不超過(guò)_【典型例題3】在用插針?lè)y(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面ab、cd與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖、和所示，其中甲、丙同學(xué)用的是矩形玻璃磚，乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚他們的其他操作均正確，且均以ab、cd為界面畫光路圖則甲同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比_(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)，乙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比_(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)，丙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比_當(dāng)堂檢測(cè)1.如圖所示，某同學(xué)用插針?lè)y(cè)定一半圓形玻璃磚的折射率在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過(guò)圓心O，在玻璃磚(圖中實(shí)線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接OP3，圖中MN為分界線，虛線半圓與玻璃磚對(duì)稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn)，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點(diǎn)第1題圖(1)設(shè)AB的長(zhǎng)度為l1，AO的長(zhǎng)度為l2，CD的長(zhǎng)度為l3，DO的長(zhǎng)度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測(cè)量_，則玻璃磚的折射率可表示為_(kāi)(2)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一小角度，由此測(cè)得玻璃磚的折射率將_(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)2某同學(xué)用半圓形玻璃磚測(cè)定玻璃的折射率，如圖所示實(shí)驗(yàn)的主要過(guò)程如下：第2題圖A把白紙用圖釘釘在木板上，在白紙上作出直角坐標(biāo)系xOy，在白紙上畫一條線段AO表示入射光線B把半圓形玻璃磚M放在白紙上，使其底邊aa與Ox軸重合C用一束平行于紙面的激光從y0區(qū)域沿y軸負(fù)方向射向玻璃磚，并沿x軸方向調(diào)整玻璃磚的位置，使這束激光從玻璃磚底面射出后，仍沿y軸負(fù)方向傳播D在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2.E在坐標(biāo)系y0的區(qū)域內(nèi)豎直地插上大頭針P3，并使得從P3一側(cè)向玻璃磚方向看去，P3能同時(shí)擋住P1和P2的像F移開(kāi)玻璃磚，連接O、P3，用圓規(guī)以O(shè)點(diǎn)為圓心畫一個(gè)圓(如圖中虛線所示)，此圓與AO線交點(diǎn)為B，與OP3線的交點(diǎn)為C.確定出B點(diǎn)到x軸、y軸的距離分別為x1、y1，C點(diǎn)到x軸、y軸的距離分別為x2、y2.(1)若實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)沒(méi)有將玻璃磚的底邊aa與Ox軸重合，而是向y0方向側(cè)移了一些，這將導(dǎo)致所測(cè)的玻璃折射率與其真實(shí)值相比_(選填“偏大”、“不變”或“偏小”)(2)若實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)在y0的區(qū)域內(nèi)，從任何角度都無(wú)法透過(guò)玻璃磚看到P1、P2，為能透過(guò)玻璃磚看到P1、P2，應(yīng)采取的措施是：_.3某同學(xué)測(cè)量玻璃磚的折射率，準(zhǔn)備了下列器材：激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚如圖所示，直尺與玻璃磚平行放置，激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點(diǎn)射向玻璃磚表面，在直尺上觀察到A、B兩個(gè)光點(diǎn)，讀出OA間的距離為20.00 cm，AB間的距離為6.00 cm，測(cè)得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d110.00 cm，玻璃磚厚度d24.00 cm.玻璃的折射率n_，光在玻璃中傳播速度v_m/s(光在真空中傳播速度c3.0×108 m/s，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)第3題圖第59講實(shí)驗(yàn)十二：測(cè)定玻璃的折射率技能優(yōu)化·典型例題1· (1)如圖所示(2)1.51(±0.03均可)(3)A【解析】(1)完整的光路圖如圖所示(2)用量角器測(cè)出入射角i與折射角r，根據(jù)折射率n得出結(jié)果；或者利用坐標(biāo)紙結(jié)合入射角和折射角畫兩個(gè)直角三角形，然后用刻度尺測(cè)出所對(duì)應(yīng)的直角邊和斜邊的長(zhǎng)度，進(jìn)一步計(jì)算出正弦值，再代入折射率公式即可(3)由題圖乙可知，光線P1P2入射到玻璃磚上時(shí)，相當(dāng)于光線射到了一個(gè)三棱鏡上，因此出射光線將向底邊偏折，所以出射光線過(guò)P3和B.P3和A的連線與玻璃磚沒(méi)交點(diǎn)·典型例題2·(1)(2)P4(3)1(4)2【解析】(1)OP3與OC的夾角為30°，則入射角為60°，根據(jù)折射率定律n；(2)P4位置的入射角大，在折射角一定的情況下，故折射率就大(3)入射角和折射角相等，則折射率為1.(4)當(dāng)發(fā)生全反射時(shí)，為所能測(cè)量最大折射率，故為2.·典型例題3·(1)偏小(2)不變(3)偏小【解析】如圖測(cè)定折射率時(shí)，折射角增大，則折射率減??；用圖測(cè)折射率時(shí)，只要操作正確，與玻璃磚形狀無(wú)關(guān)；用圖測(cè)折射率時(shí)，折射角偏大，所以測(cè)得的折射率變小當(dāng)堂檢測(cè)1(1)l1和l3n(2)偏大【解析】(1)sin1，sin2，因此玻璃的折射率n，因此只需測(cè)量l1和l3即可(2)當(dāng)玻璃磚順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度時(shí)，在處理數(shù)據(jù)時(shí)，認(rèn)為l1是不變的，即入射角不變，而l3減小，所以測(cè)量值n將偏大2(1)偏大(2)減小光線AO的入射角【解析】(1)折射率n，玻璃磚的底邊aa與Ox軸未重合而向y0方向側(cè)移了一些，導(dǎo)致測(cè)量的y2偏大，y1偏小，所以玻璃的折射率的測(cè)量值與真實(shí)值相比偏大；(2)在y0的區(qū)域內(nèi)，從任何角度都無(wú)法透過(guò)玻璃磚看到P1、P2，說(shuō)明光線AO在界面aa上發(fā)生了全反射應(yīng)該減小光線AO的入射角31.22.5×108【解析】作出光路圖如圖所示，根據(jù)幾何知識(shí)可得入射角i45°，折射角r37°，故折射率n1.2，故v2.5×108 m/s.第3題圖選修35