2023版高考物理专题90实验：测定玻璃的折射率练习含解析

专题90　实验：测定玻璃的折射率

1．插针法确定光路：P3挡住P1P2的像；P4挡住P3和P1P2的像.2.求折射率的三种方法：(1)计算法(用量角器量角)；(2)图象法(作sin θ1—sin θ2图象)；(3)辅助线段法(利用刻度尺作辅助线)．

1．(2020·山西晋中市二统)如图1所示为某同学利用插针法测定半圆形玻璃砖折射率的实验，在一半圆形玻璃砖外面插上P1、P2、P3、P4四枚大头针时，P3、P4恰可挡住P1、P2所成的像，关于该实验，

图1

(1)以下说法正确的是(　　)

A．P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度

B．P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些，可以提高准确度

C．入射角θ适当大些，可以提高准确度

D．P1、P2的间距及入射角的大小均与实验的准确度无关

(2)该玻璃砖的折射率n＝______.另一同学将大头针插在P1′和P2′位置时，沿着P3、P4的方向看不到大头针的像，其原因可能是__________________________．

答案　(1)AC　(2)　经过P1′、P2′的光线在界面MN处发生全反射

解析　(1)入射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的角度误差会较大，故P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度，故A正确，B错误；入射角θ尽量大些，折射角也会大些，折射现象较明显，角度的相对误差会减小，故C正确，D错误．

(2)由图知，沿P1、P2的光线入射角为θ＝30°，折射角为r＝60°，则该玻璃砖的折射率n＝＝＝，把大头针插在P1′、P2′位置时，沿着P4、P3的方向看不到大头针的像，其原因是经过P1′、P2′的光线在界面MN处发生全反射．

2．(2020·北京市高二期末)在“测定玻璃的折射率”的实验中：

图2

(1)在白纸上放好平行玻璃砖，如图2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3所示，此玻璃的折射率计算式为n＝________(用图中的θ1、θ2表示)．

图3

(3)如图4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______________________.

图4

(4)如图4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_______________________________.

答案　(1)P1、P2的像　(2)　(3)可以，理由见解析　(4)经过P1、P2的光线在bb′上发生全反射

解析　(1)根据实验的原理，连接P1、P2表示入射光线，连接P3、P4表示出射光线，连接两光线与玻璃砖的交点，即为折射光线．实验的过程中，要先在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在玻璃砖另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，使P4挡住P3和P1、P2的像；

(2)玻璃的折射率计算式为n＝；

(3)玻璃砖的两个光学面不平行，只能造成出射光线与入射光线一定不平行，但仍可以测出折射角和入射角，根据n＝计算折射率；

(4)玻璃砖的两个光学面不平行，有可能光线在bb′上发生全反射，即在bb′一侧透过玻璃砖观察不到像．

3．(2020·河南省高二期末)在“测玻璃的折射率”实验中：

(1)为了取得较好的实验效果，下列操作正确的是(　　)

A．必须选用上下表面平行的玻璃砖

B．选择的入射角应尽量小些

C．大头针应垂直地插在纸面上

D．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离应适当大些

(2)甲同学在画界面时，不小心将两界面ab和cd间距画得比玻璃砖宽度大些，如图5甲所示，则他测得的折射率________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．

图5

(3)乙同学有刻度尺没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，OA为半径画圆，交延长线于C点，过A点和C点作垂直法线的直线，与法线的交点分别为B点和D点，如图乙所示：AB的长度为x1，CD的长度为x2，OB的长度为y1，OD的长度为y2，OA和OC的长度为R，OO′的长度为r.则他只需要测量________(填各段长度给定的符号)，就可以求出玻璃的折射率n＝________.

答案　(1)CD　(2)偏小　(3)x1和x2　

解析　(1)根据实验原理，选用上下表面不平行的玻璃砖也能测折射率，选项A错误；选择的入射角应尽量大些，以减小角度测量的误差，选项B错误；大头针应垂直地插在纸面上，选项C正确；大头针P1和P2及P3和P4之间的距离应适当大些，以减小确定光线方向时的误差，选项D正确．

(2)如图，③是真实的光路图，②是玻璃砖宽度画大后的光路图，由图看出，在这种情况测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角大，因此测得的折射率偏小．

(3)图中AO作为入射光线，OO′是折射光线，设光线在玻璃砖上表面的入射角为i，折射角为r，则由几何知识得到sin i＝，sin r＝，则折射率n＝＝.

则他只需要测量x1和x2，就可以求出玻璃的折射率n＝.