新高考物理一轮复习考点分层训练14.3 实验 测量玻璃的折射率（2份，原卷版+解析版）

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14.3 实验：测量玻璃的折射率
题组1：基础实验
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准确程度 。
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)
【答案】AD
D
ACBD
【解析】解：①A、为了作图误差更小，应选用两光学表面间距大的玻璃砖，故A正确；
B、根据折射定律可知，如果两个光学面不平行，不影响入射角与折射角的值，所以对折射率的测定结果不产生影响，故B错误；
C、为了准确测量光路图，应选用较细的大头针来完成实验，故C错误；
D、插在玻璃砖同侧的大头针之间的距离适当大些时，相同的距离误差情况下引起的角度误差会减小，故D正确；
故选：AD；
②因玻璃的折射率较大，故在玻璃中的折射角一定小于入射角；实验作出的入射角一定大于折射角；并且光线从玻璃中出来后，应与入射光平行，因此只有D图正确，ABC均错误；
故选：D；
③折射率n=sinisinr，
其中：sini=ACR，sinr=BDR，
故n=ACBD；
故答案为：①AD；②D；③ACBD
2.某实验小组做“测量玻璃的折射率”实验。把长方体玻璃砖放在白纸上，在白纸上画出平行玻璃砖的轮廓AB、A'B'，在平行玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2，测得P1P2与玻璃砖AB面的夹角为θ1，玻璃砖内部折射光线与玻璃砖AB面的夹角为θ2，如图所示，试回答下列问题：
(1)该玻璃砖的折射率n= 。(2)若AB与A'B'间的距离略大于玻璃砖的厚度，则测得的折射率 (填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
【答案】csθ1csθ2
小于
【解析】(1)由题图可知，O1点的入射角与θ1互余，折射角与θ2互余，玻璃砖的折射率n=csθ1csθ2。
(2)若AB与A'B'间的距离略大于玻璃砖的厚度，则玻璃砖内部折射光线与玻璃砖AB面的夹角θ2偏小，测得的折射率小于真实值。
3.某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验．
(1)为测量玻璃的折射率，按如图所示进行实验，以下表述正确的一项是 。(填正确答案标号)
A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a'
B.在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2
C.实验时入射角θ1应尽量小一些，以减小实验误差
(2)为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面．保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示．此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关．频率大，折射率 (填“大”或“小”)
(3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1，测得折射角分别为α2、α3α2”或“
【解析】(1)A.在白纸上画出一条直线a作为界面，把长方体玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与a对齐。用直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线 a' 代表玻璃砖的另一边，而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和 a' ，故A错误；
B.在玻璃砖一侧插上大头针 P1 、 P2 ，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使 P2 把 P1 挡住，这样就可以确定入射光线和入射点 O1 。在眼睛这一侧，插上大头针 P3 ，使它把 P1 、 P2 都挡住，再插上大头针 P4 ，使它把 P1 、 P2 、 P3 都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点 O2 ，故B正确；
C.实验时入射角 θ1 应尽量大一些，但也不能太大(接近 90∘ )，以减小实验误差，故C错误；
故选B。
(2)由图乙可知，入射角相同，绿光的折射角小于红光的折射角，根据光的折射定律
n=sinαsinβ
可知绿光的折射率大于红光的折射率，又因为绿光的频率大于红光的频率，所以频率大，折射率大。
(3)根据折射定律可知，玻璃的折射率为
n玻璃=sinα1sinα2
该介质的折射率为
n介质=sinα1sinα3
其中
α2n介质
4.某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行.正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图甲所示．
(1)下列说法正确的是 ．
A.入射角适当大些，可以提高精确度
B.P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些，可以提高精确度
C.P1、P2的间距，入射角的大小均与实验的精确度无关
(2)此玻璃的折射率计算式为n= (用图中的θ1、θ2表示)．
(3)若该同学用他测得的多组入射角i与折射角r，作出sini−sinr的图像如图乙所示，下列判断正确的是 ．
A.他做实验时，研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象
B.玻璃的折射率为0.67
C.玻璃的折射率为1.49
【答案】A
csθ1csθ2
AC
【解析】(1)A.入射角适当大些，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A正确；
BC.折射光线是通过隔着玻璃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，可以提高精确度，故BC错误；
故选A；
(2)由折射率公式可得n=sin90°−θ1sin90°−θ2=csθ1csθ2；
(3)由sini−sinr图像可知，sinisinr=10.67≈1.49>1，故光是从空气射入玻璃的，入射角为i，故AC正确，B错误。
故选AC。
题组2：拓展实验
5.某同学设计了测量透明材料折射率的实验。
(1)将半圆形透明砖放置在水平桌面，图示圆弧面ABC为其截面，沿直线边AC平铺坐标纸(小格为大小相同的正方形)，将一束光垂直AC射入透明砖，在ABC发生折射和反射。沿AC方向缓慢平移该砖，反射光的亮度 ，折射光的亮度 ;(均选填“不变”“增强”或“减弱”)
(2)若在图示位置时，折射光恰好消失，则该透明砖的折射率为 。
【答案】增强
减弱
1.2
【解析】(1)当沿AC方向缓慢平移该砖时，入射角会逐渐增大。根据光的反射和折射规律，随着入射角增大，反射光的能量占比会逐渐增加，折射光的能量占比会逐渐减少。所以反射光的亮度增强，折射光的亮度减弱。
(2)画出激光束从玻璃砖射出时恰好发生全反射的入射角，如图所示。
发生全反射条件sinθ=1n，由几何关系知sinθ=56，联立解得n=1.2。
6.用“插针法”测量如图(a)所示的等腰三角形玻璃砖的折射率．
(1)以下实验步骤，正确的步骤顺序为________．
①在白纸上分别画出玻璃砖三条边对应的直线AB、AC、BC(A、B、C分别为三条直线的交点)，并作一条直线MN与BC平行，测得∠BAC=θ，如图(b)所示；
②测得入射光线P1P2与AB的夹角为i；
③在AB左侧光路上竖直插上大头针P1、P2，撤去玻璃砖，在白纸上借助大头针所插位置绘制光路；
④将玻璃砖放置且重合于A、B、C三点，用激光笔发出红光，调整入射角度，使红光恰好经过直线MN；
(2)在步骤③中，两枚大头针的插入顺序为________________(选填“P1、P2”或“P2、P1”)；
(3)玻璃砖对红光的折射率为n=________；
(4)为探究玻璃砖折射率与光的频率的关系，改用蓝激光笔发射蓝光重复(1)中实验步骤，记录入射光线与AB的夹角为i'，如图(c)所示，测得iˈ