2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义：选修3-4第十一章实验15测定玻璃的折射率

实验15　测定玻璃的折射率

注意事项

1.玻璃砖应选用厚度、宽度较大的。

2.大头针要插得竖直，且间隔要大些。

3.入射角不宜过大或过小，一般在15°～75°之间。

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。

5.实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变。

【例】　(2017·4月浙江选考)在“测定玻璃的折射率”实验时，

(1)下列做法正确的是________。

A.入射角越大，误差越小

B.在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面

C.实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量

D.判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部

(2)小明同学在插针时玻璃砖的位置如图1所示，根据插针与纸上已画的界面确定入射点与出射点，依据上述操作所测得的折射率____________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。

图1

(3)小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置P1、P2、P3和P4，AB和CD是描出的玻璃砖的两个边，如图2所示，请画出光路图。

图2

解析　(1)本实验在应用插针法时，角度不宜过大，否则很难确定折射角，选项A错误；在实验前，不能用铅笔贴着光学面画出玻璃砖的上、下表面，否则可能会损坏光学面，选项B错误；本实验通过n＝，也可以通过画圆，通过sin θ1＝，sin θ2＝，故n＝＝，将角度的正弦之比转化为对边之比，所以选项C正确；在观察是否在一条直线时，应该观察大头针底部，所以D错误。

(2)如右图，实线部分为插针时玻璃砖所在位置，即真实情况，设此时入射角和折射角分别为θ1、θ2，折射率真实值为n，则n＝；虚线部分为处理数据时玻璃砖所在位置，设玻璃砖转过角度为α，折射率测量值为n′，n′＝，故n′<n，折射率偏小。

(3)光路图如图所示。

答案　(1)C　(2)偏小　(3)见解析图

1.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3所示。

图3

(1)此玻璃的折射率计算式为n＝______(用图中的θ1、θ2表示)；

(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。

解析　据题意可知入射角为(90°－θ1)，折射角为(90°－θ2)，则玻璃的折射率为n＝＝；玻璃砖越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确。故应选用宽度大的玻璃砖来测量。

答案　(1)　(2)大

2.如图4所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3，图中MN为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点。

图4

(1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量__________，则玻璃砖的折射率可表示为________。

(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

解析　(1)sin θ1＝，sin θ2＝，因此玻璃的折射率

n＝＝＝，因此只需测量l1和l3即可。

(2)当玻璃砖顺时针转过一个小角度时，在处理数据时，认为l1是不变的，即入射角不变，而l3减小，所以测量值n＝将偏大。

答案　(1)l1和l3　n＝　(2)偏大

3.(2018·湖州市期末考试)(1)在“测定玻璃的折射率”实验中，小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图5甲所示的实验器材，他认为缺少一种器材，请你写出所缺器材的名称：________。老师将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针应在图乙中的位置________(选填“A”“B”或“C”)。

图5

(2)小红利用方格坐标纸测定玻璃的折射率，如图6所示，AO是画在纸上的直线，她在直线AO适当位置竖直插上P1、P2两枚大头针，放上半圆形玻璃砖(图中粗黑线所示)，然后插上P3、P4两枚大头针，以确定折射光线。其中她确定P3大头针位置的方法应当是____________________________________。操作完成后，她用圆规作了一个以O为圆心，半径与玻璃砖半径相同的半圆(如图6中虚线所示)，则她测出玻璃的折射率n＝________。

图6

解析　(1)本实验需要用刻度尺测量相应长度以计算入射角、折射角的正弦值，通过平行介质的入射光线和折射光线是平行的，所以第四枚大头针的位置应该在B处。(2)正确的操作是透过玻璃砖看，P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像。设入射光线与圆的交点为C，出射光线与圆的交点为D，过C、D分别作竖直对称轴的垂线，交点分别为M、N，则n＝＝1.5。

答案　(1)刻度尺　B

(2)透过玻璃砖看，P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像　1.5