2019-2020年高中物理 第四章 光 第二節(jié) 測(cè)定介質(zhì)的折射率自我小測(cè) 粵教版選修3-4.doc

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2019-2020年高中物理 第四章 光 第二節(jié) 測(cè)定介質(zhì)的折射率自我小測(cè) 粵教版選修3-4 1光線透過(guò)空氣中的平行平面厚玻璃板，圖4－2－8所示的四種情況中正確的是(　　) 圖4－2－8 2在用兩面平行的玻璃磚測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)驗(yàn)光路如圖4－2－9所示，對(duì)實(shí)驗(yàn)中的一些具體問(wèn)題，下列意見(jiàn)正確的是(　　) 圖4－2－9 A．為了減少作圖誤差，P3和P4的距離應(yīng)適當(dāng)取大些 B．為了減少測(cè)量誤差，P1、P2的玻璃磚界面的夾角應(yīng)取大一些 C．若P1、P2的距離較大時(shí)，通過(guò)玻璃磚會(huì)看不到P1、P2的像 D．若P1、P2連線與法線NN′交角較大時(shí)，有可能在bb′面就發(fā)生全反射，所以在bb′一側(cè)就看不到P1、P2的像 3某同學(xué)做測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)，操作時(shí)將玻璃磚的界線aa′、bb′畫(huà)好后誤用另一塊寬度稍窄的玻璃磚，如圖4－2－10所示虛線，實(shí)驗(yàn)中除仍用原界線外，其他操作都正確，則測(cè)玻璃的折射率將(　　) 圖4－2－10 A．偏大　　　　　B．偏小　　　　　C．不影響結(jié)果 　　　D．不能確定 4某同學(xué)做“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)時(shí)，已得到對(duì)一塊平行玻璃磚(圖中MNQP)的實(shí)驗(yàn)光路圖，因未及時(shí)處理數(shù)據(jù)，過(guò)一段時(shí)間后拿出原圖一看，不知被誰(shuí)在MN一側(cè)多畫(huà)了幾道“光線”，如圖4－2－11所示，則a、b、c、d中，________線才是他實(shí)驗(yàn)中得到的光線． 圖4－2－11 5在測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，若所用的玻璃磚的兩個(gè)表面aa′和bb′嚴(yán)重不平行，如圖4－2－12所示，則 (　　) 圖4－2－12 A．和bb′平行于aa′時(shí)一樣能順利地完成測(cè)定n的目的 B．當(dāng)入射角大于某一數(shù)值時(shí)，光線將在bb′界面發(fā)生全反射，使玻璃磚內(nèi)的光路無(wú)法確定 C．即使在發(fā)生上述全反射時(shí)，仍可以用插針?lè)ù_定玻璃磚內(nèi)的光路 D．用兩面平行的玻璃磚，當(dāng)入射角足夠大時(shí)也會(huì)在bb′界面發(fā)生全反射，使玻璃磚內(nèi)的光路無(wú)法確定 6與其他實(shí)驗(yàn)類(lèi)似，本實(shí)驗(yàn)為了消除偶然誤差，應(yīng)換用不同的多個(gè)入射角做實(shí)驗(yàn)，最后求出折射率的平均值．在處理數(shù)據(jù)時(shí)，可以sinr為橫軸，sini為縱軸，畫(huà)實(shí)驗(yàn)圖象，所畫(huà)的圖象應(yīng)是________線，該圖象的________是玻璃的折射率的平均值． 7測(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)如圖4－2－13所示，把玻璃磚放在白紙上之前應(yīng)先在紙上畫(huà)好圖上的三條直線，它們分別是________、________、________，最后按正確的要求插上大頭針P3、P4，P3、P4的位置決定了光線________的方位，從而確定了折射光線________的方向． 圖4－2－13 8如圖4－2－14所示，用某種透光物質(zhì)制成的三棱鏡ABC；在垂直于AC面的直線MN上插兩枚大頭針P1、P2，在AB面的左側(cè)透過(guò)棱鏡觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線方向，直線P1的像________，再在觀察的這一側(cè)先后插上兩枚大頭針P3、P4，使P3________，P4________.記下P3、P4的位置，移去大頭針和三棱鏡，過(guò)P3、P4的位置作直線與AB面相交于D，量出該直線與AB面的夾角為45；則該透光物質(zhì)的折射率n＝________，請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出正確完整的光路圖． 圖4－2－14 9一位同學(xué)模仿用玻璃磚測(cè)定玻璃折射率的方法，改用玻璃三棱鏡測(cè)定如圖4－2－15所示玻璃的折射率，主要步驟如下： 圖4－2－15 A．在白紙上放一玻璃三棱鏡并畫(huà)出它的三邊AB、BC、CA； B．以AB為界面畫(huà)一條線段DO作為入射光線，并在DO上豎直地插上兩枚大頭針P1和P2； C．在AC的一側(cè)豎直地插大頭針P3時(shí)，用眼睛觀察并調(diào)整視線，要使P3能同時(shí)擋住P1和P2的像； D．同樣在AC的一側(cè)再豎直地插上大頭針P4時(shí)，用眼睛觀察并調(diào)整視線，要使P4同時(shí)能擋住P3和P1、P2的像； E．記下P3、P4的位置，移去玻璃三棱鏡，過(guò)P3、P4引直線O′E與AC交于O′，過(guò)O點(diǎn)畫(huà)界面AB的法線NN′. 你能否根據(jù)他的實(shí)驗(yàn)記錄求出玻璃的折射率呢？如果能，請(qǐng)你在圖上標(biāo)出入射角和折射角，并用三角函數(shù)值表示玻璃的折射率． 10某同學(xué)由于沒(méi)有量角器，他在完成了光路圖以后，以O(shè)點(diǎn)為圓心，10.00 cm為半徑畫(huà)圓，分別交線段OA于A點(diǎn)，交OO′連線的延長(zhǎng)線于C點(diǎn)，過(guò)A點(diǎn)作法線NN′的垂線AB交NN′于B點(diǎn)，過(guò)C點(diǎn)作NN′的垂線CD交NN′于D點(diǎn)，如圖4－2－16所示．用刻度尺量得OB＝8.00 cm，CD＝4.00 cm，由此可得出玻璃的折射率n＝________. 圖4－2－16 11為了測(cè)定光在透明的有機(jī)玻璃中的傳播速度，實(shí)驗(yàn)室中可提供的器材有：矩形有機(jī)玻璃磚(長(zhǎng)約40 cm)、秒表、平行光光源、刻度尺、三角板、白紙、大頭針若干等．已知真空中的光速是c＝3.00108 m/s. (1)請(qǐng)從上述器材中選出必需的器材來(lái)測(cè)量光速． (2)說(shuō)明測(cè)量光速的方法和要測(cè)量的量，并給出計(jì)算光速的公式． 12半徑為R的玻璃半圓柱體，橫截面積如圖4－2－17所示，圓心為O，兩條平行單色紅光沿截面射向圓柱面，方向與底面垂直，光線1的入射點(diǎn)A為圓柱面的頂點(diǎn)，光線2的入射點(diǎn)為B，∠AOB＝60，已知該玻璃對(duì)紅光的折射率n＝. 圖4－2－17 (1)求兩條光線經(jīng)柱面和底面折射后的交點(diǎn)與O點(diǎn)的距離d； (2)若入射的是單色藍(lán)光，則距離d將比上面求得的結(jié)果大還是??？ 參考答案 1解析：光線從空氣中射入玻璃時(shí)，是由光疏介質(zhì)至光密介質(zhì)，入射角i應(yīng)大于折射角，即i＞r，透過(guò)玻璃板后，出射光線應(yīng)該與入射光線平行，即i′＝i，光線發(fā)生了側(cè)移． 根據(jù)以上的分析，可知B是正確的，其余各圖都不符合分析得出的結(jié)論． 答案：B 2解析：實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間，P2與O點(diǎn)之間，P3與P4之間，P3與O′之間距離要稍大一些，入射角θ1應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測(cè)量角度的誤差，但入射角不宜太大，也不宜太小． 答案：AB 3解析：對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響，會(huì)使測(cè)定的折射率比真實(shí)的折射率偏小．由于所畫(huà)玻璃的寬度比實(shí)際寬度大，使入射點(diǎn)O向左移，折射點(diǎn)向右移．使得所畫(huà)的折射角r′比實(shí)際折射角r偏大，如右上圖所示，因?yàn)閚＝，所以測(cè)得折射率偏?。? 答案：B 4解析：出射光線和入射光線應(yīng)平行，因此入射光線不會(huì)是d，如圖所示，根據(jù)光路圖，出射光線O′B相對(duì)入射光線AO向左下方側(cè)移，因此，題中符合條件的入射光線是C. 答案：C 5解析：aa′與bb′不平行，仍可用插針?lè)y(cè)玻璃磚的折射率．因?yàn)槟芊裾_地測(cè)出n值，取決于第一次折射的入射角i1和折射角r1的測(cè)量是否準(zhǔn)確，而i1和r1的測(cè)量是否準(zhǔn)確取決于兩點(diǎn)：一是玻璃中的光路是否準(zhǔn)確；二是作兩次折射的法線時(shí)，是否保證了法線和玻璃的兩平面垂直．如果玻璃中的光路是準(zhǔn)確的，每條法線都與發(fā)生折射的平面垂直，就可以準(zhǔn)確地測(cè)出折射率．但從bb′界面出射的光線不再與從aa′界面入射的光線平行了． 當(dāng)入射角大于某一數(shù)值時(shí)，光線將在bb′界面上發(fā)生全反射，使光線不能從bb′界面射出，故此時(shí)不能用插針?lè)ù_定玻璃磚內(nèi)的光路．如果要完成測(cè)量任務(wù)，必須使第一次入射的入射角較?。? 當(dāng)用兩面平行的玻璃磚時(shí)，無(wú)論入射角為多大，也不會(huì)在bb′界面上發(fā)生全反射，因?yàn)楣饽軓目諝庵姓凵淙氩Ａе校鶕?jù)光路可逆，光也可折射出去，故A、C、D錯(cuò)，選B. 答案：B 6解析：所畫(huà)的圖象應(yīng)是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜直線，因?yàn)閷?duì)于確定的玻璃磚，當(dāng)sini增大，sinr也隨之增大，但比值為一恒量，其比值為此直線的斜率(tanα＝n＝)，也為玻璃的折射率的平均值． 答案：直線　直線的斜率 7解析：理解光的折射原理，能夠分清入射光線、法線、折射光線所在的位置，結(jié)合圖中的幾何圖形，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析． 答案：aa′　NN′　AO　OO′　BO′ 8解析：通過(guò)作圖找出BC面上的反射點(diǎn)、AB面上的出射點(diǎn)，則由幾何知識(shí)可得各角的大小如下圖所示，則n＝＝，其實(shí)驗(yàn)原理與用兩面平行的玻璃磚相同，故P1的像讓P2的像擋住，P3擋住P1、P2的像，P4應(yīng)擋住P3以及P1、P2的像． 根據(jù)題意以及光的反射定律和折射定律正確作出光路圖，由幾何關(guān)系找出入射角和反射角，并利用光路的可逆性即可算出物體的折射率． 答案：讓P2的像擋住　擋住P1、P2的像　擋住P3以及P1、P2的像　 9解析：該同學(xué)采用的方法是插針?lè)?，?shí)驗(yàn)方法及步驟正確，光路圖也準(zhǔn)確無(wú)誤，故可測(cè)出折射率． 利用插針?lè)ù_定光的入射點(diǎn)及出射點(diǎn)，進(jìn)而就確定了入射光線和折射光線，這種方法不僅適用于玻璃磚，同時(shí)對(duì)三棱鏡、圓柱體等也是適用的． 答案：能　θ1＝∠DON為入射角，θ2＝∠O′ON′為折射角　n＝ 10解析：由折射定律得n＝＝ 因?yàn)镺A＝OC， 所以n＝＝＝＝1.5. 答案：1.5 11解析：所需器材有：矩形有機(jī)玻璃條、刻度尺、木板、白紙和大頭針．用插針?lè)ǖ贸龉馔ㄟ^(guò)有機(jī)玻璃條的光路，如下圖所示，在空氣和有機(jī)玻璃的界面上，AO是入射光線，OB是折射光線，作出法線ON.取OA′＝OB′，作A′E⊥ON，B′F⊥ON，測(cè)出A′E和B′F.折射率n＝＝＝，則有機(jī)玻璃中的光速v＝c. 答案：(1)矩形有機(jī)玻璃條、刻度尺、木板、白紙和大頭針 (2)略　v＝c 12解析：(1)如下圖所示，i1＝60，r1＝30，i2＝30，r2＝60，光線1不發(fā)生偏折． OC＝＝， d＝＝. (2)玻璃對(duì)藍(lán)光折射比紅光大，藍(lán)光偏折更明顯，故d變?。? 答案：(1)　(2)小