2023-2024（上） 全品學(xué)練考 高中物理 選擇性必修第一冊第4章 光光的折射 第2課時(shí)　測量玻璃的折射率導(dǎo)學(xué)案含答案

2023-2024（上）全品學(xué)練考高中物理選擇性必修第一冊第4章光第2課時(shí)測量玻璃的折射率【實(shí)驗(yàn)思路】1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)測定玻璃的.

(2)學(xué)會用插針法確定.

2.實(shí)驗(yàn)原理如圖所示,當(dāng)光線AO以一定入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時(shí),通過插針法找出跟入射光線AO對應(yīng)的出射光線O'B,從而求出折射光線OO'和折射角θ2,再根據(jù)n=算出玻璃的折射率.

【實(shí)驗(yàn)器材】一塊兩面平行的玻璃磚、白紙、木板、大頭針(4枚)、(或圓規(guī)、三角板)、刻度尺.

【物理量的測量】1.把白紙鋪在木板上.2.在白紙上畫一直線aa'作為,過aa'上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN',并畫一條線段AO作為.

3.把玻璃磚放在白紙上,并使其長邊與aa'重合,再用直尺畫出玻璃磚的另一邊bb'.4.在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2.5.在玻璃磚bb'一側(cè)透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線方向直到P1的像被P2的像.再在bb'一側(cè)插上大頭針P3、P4,使P3能擋住P1、P2的像,P4能P1、P2的像及P3本身.

6.移去玻璃磚,在拔掉P1、P2、P3、P4的同時(shí)分別記下它們的位置,過P3、P4作直線O'B交bb'于O'.連接O、O',OO'就是玻璃磚內(nèi)的方向.∠AON為,∠O'ON'為折射角.

7.用量角器量出入射角和折射角的.查出它們的正弦值,并把這些數(shù)據(jù)記錄在表格里.

8.改變?nèi)肷浣?用上述方法分別求出不同入射角對應(yīng)的,查出它們的正弦值,記錄在表格里.

9.根據(jù)記錄的幾組數(shù)據(jù)分別算出幾組的值,比較一下,看它們是否接近一個(gè)常數(shù).求出由幾組數(shù)據(jù)分別得出的幾組的平均值,這就是這塊玻璃的.

例1[2022·福建龍巖一中期中]“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中,在白紙上放好玻璃磚,aa'和bb'分別是玻璃磚與空氣的兩個(gè)界面,如圖所示.在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2,用“+”表示大頭針的位置,然后在另一側(cè)透過玻璃磚觀察,并依次插上大頭針P3和P4.(1)在插P3和P4時(shí),應(yīng)使(填選項(xiàng)前的字母).

A.P3只擋住P1的像B.P4只擋住P3C.P3同時(shí)擋住P1、P2的像D.P4擋住P1、P2的像及P3(2)按(1)中的做法確定大頭針P3和P4的位置,請將光路圖補(bǔ)充完整,并在圖中標(biāo)出需要測量的量,則玻璃磚的折射率可表示為n=(用圖中標(biāo)出的測量量表示).

[反思感悟]

【思路總結(jié)】測定玻璃折射率的基本思路:1.確定一條從空氣斜射入玻璃磚(或者從玻璃磚斜射入空氣)的光路.2.通過作圖確定入射角和折射角.3.由折射率的定義式n=sinθ例2小張同學(xué)利用“插針法”測定玻璃的折射率.(1)小張將玻璃磚從盒子拿出放到白紙上,圖中操作較為規(guī)范與合理的是.

小張發(fā)現(xiàn)玻璃磚上、下表面不一樣,一面是光滑的,一面是磨砂的,小張應(yīng)選擇玻璃磚(選填“磨砂的面”或“光滑的面”)與白紙接觸的放置方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)較為合理.

(3)小張正確操作插好了4枚大頭針,如圖所示,請幫助小張畫出正確的光路圖.然后進(jìn)行測量和計(jì)算,得出該玻璃磚的折射率n=(保留3位有效數(shù)字).

【方法總結(jié)】數(shù)據(jù)處理的幾種方法1.計(jì)算法:通過多次測量入射角和折射角,得出多組入射角和折射角的正弦值,再代入n=sinθ1sin2.單位圓法(1)以入射點(diǎn)O為圓心,以一定長度R為半徑畫圓,交入射光線OA于E點(diǎn),交折射光線OO'于E'點(diǎn),過E作NN'的垂線EH,過E'作NN'的垂線E'H',分別交NN'于點(diǎn)H、H',如圖所示.(2)由圖中關(guān)系知sinθ1=EHOE,sinθ2=E'H'OE',OE=OE'=R,則n=sinθ3.圖像法:求出多組對應(yīng)的入射角與折射角的正弦值,作出sinθ1-sinθ2圖像,由n=sinθ【注意事項(xiàng)】1.實(shí)驗(yàn)過程中,玻璃磚在紙上的位置不可移動.2.實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)將大頭針豎直插在紙上,P1與P2之間及P3與P4之間的距離要盡量大一些.3.實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角應(yīng)適當(dāng)大一些,以減小測量角度的誤差.4.玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的,宜在5cm以上.若寬度太小,則測量誤差較大.例3[2022·浙江余姚中學(xué)月考]在通過“插針法”測量玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中:(1)如圖甲所示為實(shí)驗(yàn)使用的長方體玻璃磚,實(shí)驗(yàn)時(shí)不能用手直接接觸玻璃磚的(選填“磨砂面”或“光學(xué)面”).

(2)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),有以下操作步驟:A.擺好玻璃磚,確定玻璃磚上、下邊界aa',bb';B.任意畫出一條入射光線,在光路上插上大頭針P1、P2;C.在確定P3、P4位置時(shí),應(yīng)使P3擋住P1、P2的像,P4擋住;

D.在確定P3、P4位置時(shí),二者距離應(yīng)適當(dāng)(選填“近”或“遠(yuǎn)”),以減小誤差.

(3)如圖丙所示,過P3、P4作直線交bb'于O',過O'作垂直于bb'的直線NN',連接OO'.用量角器測量圖丙中角α和β的大小,則玻璃的折射率n=.

(4)如圖丁為小薇同學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得的大頭針位置,請幫助她畫出該實(shí)驗(yàn)完整的光路圖.(5)小丹同學(xué)雖測出了入射角和折射角,但苦于無法得知非特殊角的正弦值,不能準(zhǔn)確算出折射率,她利用實(shí)驗(yàn)室提供的圓規(guī)和刻度尺,以入射點(diǎn)O為圓心作圓,與入射光線、折射光線分別交于A、B點(diǎn),再過A、B點(diǎn)作法線NN'的垂線,垂足分別為C、D點(diǎn),如圖戊所示,則玻璃的折射率n=(用圖中線段的字母表示).

【實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新】“測定玻璃折射率”實(shí)驗(yàn)中,也可以用三棱鏡、半圓形玻璃磚等進(jìn)行測量.實(shí)驗(yàn)中只要利用“插針法”確定了入射光線和出射光線,其與界面的交點(diǎn)就是入射點(diǎn)和出射點(diǎn),連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)就能作出折射光線,一樣可以測出折射率.光路圖如圖所示.例4用三棱鏡做“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn),先在白紙上放好三棱鏡,在棱鏡的一側(cè)插入兩枚大頭針P1和P2,然后在棱鏡的另一側(cè)觀察,調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住,接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P1、P2的像和P3,在紙上標(biāo)出大頭針的位置和三棱鏡輪廓,如圖所示.(1)在圖上畫出所需的光路圖.(2)為了測出該三棱鏡的折射率,需要測量的物理量是,在圖上標(biāo)出它們.

(3)計(jì)算折射率的公式是n=.

[反思感悟]

1.(實(shí)驗(yàn)操作與注意事項(xiàng))(多選)在“用兩面平行的玻璃磚測定玻璃折射率”的實(shí)驗(yàn)中,其實(shí)驗(yàn)光路圖如圖所示,對實(shí)驗(yàn)中的一些具體問題,下列說法正確的是()A.為了減小作圖誤差,P3和P4的距離應(yīng)適當(dāng)大一些B.為減小測量誤差,P1、P2連線與玻璃磚界面法線的夾角應(yīng)適當(dāng)取大一些C.若P1、P2的距離較大,則通過玻璃磚會看不到P1、P2的像D.實(shí)驗(yàn)中為方便操作,可用玻璃磚代替尺子畫線2.(實(shí)驗(yàn)操作與誤差分析)某小組做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn),所用器材有:玻璃磚,大頭針,刻度尺,量角器,圓規(guī),筆,圖釘,白紙.(1)某同學(xué)用圖釘將白紙按在繪圖板上,如圖甲所示,先在白紙上畫出一條直線aa'作為界面,過aa'上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN',并畫一條線段AO作為入射光線.把平行玻璃磚平放在白紙上,使它的長邊與aa'對齊,畫出玻璃磚的另一條長邊bb'.下列實(shí)驗(yàn)操作步驟的正確順序是.

①在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2,透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線的方向,直到P1的像被P2擋住.②移去玻璃磚,連接P3、P4并延長交bb'于O',連接OO'即為折射光線,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'.③在觀察的這一側(cè)依次插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P1、P2的像及P3,記下P3、P4的位置.④改變?nèi)肷浣铅?,重復(fù)實(shí)驗(yàn),記錄相關(guān)測量數(shù)據(jù).⑤用量角器測出入射角和折射角.(2)如圖乙所示,一同學(xué)在紙上畫玻璃磚的兩個(gè)界面aa'和bb'時(shí),不小心將兩界面aa'、bb'間距畫得比玻璃磚寬度大些,則測得的折射率.(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

3.(實(shí)驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)處理)某研究性學(xué)習(xí)小組利用插針法測量半圓形玻璃磚的折射率.實(shí)驗(yàn)探究方案如下:如圖所示,在白紙上作一直線MN,并作出它的一條垂線AB,將半圓形玻璃磚(底面的圓心為O)放在白紙上,它的直徑與直線MN重合,在垂線AB上插兩枚大頭針P1和P2,然后在半圓形玻璃磚的右側(cè)插上適量的大頭針,可以確定光線P1P2通過玻璃磚后的光路,從而求出玻璃磚的折射率.實(shí)驗(yàn)中提供的器材有半圓形玻璃磚、木板、大頭針、量角器等.(1)某同學(xué)用上述方法測量玻璃磚的折射率,他在畫出的垂線AB上豎直插上了P1、P2兩枚大頭針,請?jiān)趫D中半圓形玻璃磚的右側(cè)畫出所插大頭針的可能位置,并用“×”表示,作出光路圖.(2)為計(jì)算折射率,將應(yīng)測量的物理量標(biāo)注在光路圖上,并由此得出折射率的計(jì)算公式為n=.

第2課時(shí)測量玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)思路1.(1)折射率(2)光路2.sin實(shí)驗(yàn)器材量角器物理量的測量2.界面入射光線5.擋住擋住6.折射光線入射角7.度數(shù)8.折射角9.sinθ1sin例1(1)CD(2)如圖所示(需要測量的量是圖中i和r)sin[解析](1)實(shí)驗(yàn)的過程中,要先在白紙上放好玻璃磚,在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2,然后在玻璃磚另一側(cè)觀察,調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住,接著在眼睛所在一側(cè)相繼又插上兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,使P4擋住P1、P2的像和P3,故C、D正確.(2)光路圖如圖所示,根據(jù)折射定律可知,需要測量入射角和折射角,即測量的量是圖中i和r,由折射定律得n=sini例2(1)B(2)磨砂的面(3)如圖所示1.53[解析](1)玻璃磚的光學(xué)面不能用手直接接觸,接觸面的污漬會影響接觸面的平整,進(jìn)而影響折射率的測定,B正確.(2)為了不影響觀察實(shí)驗(yàn),應(yīng)選擇磨砂的面接觸紙面.(3)光路圖如圖所示.設(shè)方格紙上小正方形的邊長為l,光線的入射角為θ1,折射角為θ2,則sinθ1=5.35.32+42≈0.798,sinθ2=2.2例3(1)光學(xué)面(2)P1、P2的像以及P3遠(yuǎn)(3)sin(4)如圖所示(5)AC[解析](1)玻璃磚的光學(xué)面不能用手直接接觸,否則,接觸面的污漬會影響接觸面的平整,進(jìn)而影響折射率的測定.(2)在確定P3、P4位置時(shí),應(yīng)使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P1、P2的像以及P3;折射光線是通過隔著玻璃磚觀察成一條直線確定的,大頭針間的距離太小,引起的角度會較大,故P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些,可以提高準(zhǔn)確度.(3)根據(jù)折射定律有n=sinβ(4)連接P1和P2并延長交玻璃磚的上表面于O1點(diǎn),連接P3和P4并延長交玻璃磚的下表面于O2點(diǎn),連接O1O2,則O1O2是光在玻璃內(nèi)的折射光線,作好光路圖如圖所示.(5)因?yàn)閟ini=ACAO、sinr=BDBO,則該玻璃磚的折射率為n=sini例4(1)如圖所示(2)入射角θ1和折射角θ2如圖所示(3)sin[解析](1)光路圖如圖所示,畫出通過P1、P2的入射光線,交AC于O,畫出通過P3、P4的出射光線,交AB于O',連接O、O',則光線OO'就是入射光線P1P2在三棱鏡中的折射光線.(2)在所畫的圖上畫出虛線部分,并注明入射角θ1和折射角θ2,用量角器量出θ1和θ2(或用直尺測出線段EF、OE、GH、OG的長度).(3)n=sinθ1sinθ2(或因?yàn)閟inθ1=EFOE,sinθ2=隨堂鞏固1.AB[解析]實(shí)驗(yàn)時(shí),盡可能將大頭針豎直插在紙上,且P1與P2之間、P2與O點(diǎn)之間、P3與P4之間、P3與O'點(diǎn)之間距離要稍大一些.入射角θ1應(yīng)適當(dāng)大一些,以減小測量角度的誤差,但入射角不宜太大,也不宜太小.實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)禁用玻璃磚代替尺子畫線.2.(1)①③②⑤④(2)偏小[解析](1)根據(jù)測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)的步驟,步驟排序應(yīng)該為①③②⑤④.(2)根據(jù)折射率的定義n=sinθ1sinθ2,寬度增加后,如圖所示,θ13.(1)如圖所示(2)如圖所示sin[解析](1)光路圖如圖所示.(2)為計(jì)算折射率,應(yīng)測量出光線的入射角和折射角,標(biāo)注如圖中r、i所示;由折射定律可得,折射率的計(jì)算公式為n=sini第2課時(shí)測量玻璃的折射率建議用時(shí):30分鐘1.(多選)[2022·北京四中月考]測定玻璃的折射率時(shí),為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,應(yīng)該注意的是()A.玻璃磚的寬度宜大些B.入射角應(yīng)盡量小些C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上D.大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當(dāng)大些2.[2022·浙江紹興一中月考](1)用“插針法”測定玻璃的折射率,如圖甲所示,玻璃磚4個(gè)光學(xué)面A、B、C、D,其中A、C兩面相互平行,實(shí)驗(yàn)中對于入射面和出射面的選擇,下列說法正確的是.

A.只能選用A、C兩面B.不能選用C、D兩面C.既可以選用A、C兩面,也可以選用A、B兩面(2)在完成“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)后,同學(xué)們對“插針法”的適用范圍進(jìn)行了討論,玻璃磚的形狀如圖乙所示,下列說法正確的是.

A.“插針法”只能用于測梯形玻璃磚的折射率B.“插針法”只能用于測梯形玻璃磚和三角形玻璃磚的折射率C.測梯形玻璃磚、三角形玻璃磚和半圓形玻璃磚的折射率均可用“插針法”3.[2022·遼寧撫順一中月考]在“測定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中.(1)下列給出的實(shí)驗(yàn)器材中,本實(shí)驗(yàn)不需要用到的有.

ABCD(2)另外一同學(xué)在用插針法測定矩形玻璃磚的折射率的實(shí)驗(yàn)中,在紙上畫出的界面aa'、bb'與玻璃磚位置的關(guān)系如圖所示,他們的其他操作均正確,且均以ad'、bb'為界面畫光路圖,測得的折射率與真實(shí)值相比(填“偏大”“偏小”或“不變”).

4.某同學(xué)利用“插針法”測定玻璃的折射率,所用玻璃磚的兩面平行.正確操作后,作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖所示.(1)此玻璃的折射率計(jì)算式為n=(用圖中的θ1、θ2表示).

(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇,為了減小誤差,應(yīng)選用寬度較(選填“大”或“小”)的玻璃磚來測量.

5.[2022·吉林一中月考]在“測定玻璃的折射率”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)下列做法正確的是.

A.入射角越大,誤差越小B.在白紙上放好玻璃磚后,用鉛筆貼著光學(xué)面畫出界面C.實(shí)驗(yàn)時(shí)既可用量角器,也可用圓規(guī)和直尺等工具進(jìn)行測量D.判斷像與針是否在同一直線時(shí),應(yīng)該觀察大頭針的頭部(2)請?jiān)趫D乙中畫出完整的光路圖.(3)對你畫出的光路圖進(jìn)行測量和計(jì)算,求得該玻璃磚的折射率n=(保留3位有效數(shù)字).

(4)為了觀測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;如圖丙所示.圖丙中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針,其對應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和(填“A”或“B”)上.

6.[2022·蘇州中學(xué)月考](1)如圖所示,某同學(xué)在“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中,先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定,玻璃磚平放在白紙上,然后在白紙上確定玻璃磚的界面aa'和bb'.O為直線AO與aa'的交點(diǎn).在直線AO上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針.下面關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說法正確的是.

A.插上大頭針P3,使P3擋住P2和P1的像B.插上大頭針P4,使P4擋住P3、P2和P1的像C.為了減小作圖誤差,P3和P4的距離應(yīng)適當(dāng)大些D.為減小測量誤差,P1、P2的連線與玻璃磚界面的夾角應(yīng)越大越好E.若將該玻璃磚換為半圓形玻璃磚,仍可用此方法測玻璃的折射率(2)小朱同學(xué)在實(shí)驗(yàn)桌上看到方木板上有一張白紙,白紙上有如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)器材,他認(rèn)為除了量角器外還缺少一種器材,請你寫出所缺器材的名稱:.

(3)為取得較好的實(shí)驗(yàn)效果,下列操作正確的是.

A.必須選用上下表面平行的玻璃磚B.選擇的入射角應(yīng)盡量小些C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上D.大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當(dāng)大些(4)小朱同學(xué)在量入射角和折射角時(shí),由于沒有量角器,在完成了光路圖以后,用圓規(guī)以O(shè)點(diǎn)為圓心,OA為半徑畫圓,交OO'延長線于C點(diǎn),過A點(diǎn)和C點(diǎn)作垂直法線的直線分別交于B點(diǎn)和D點(diǎn),如圖丙所示,若他測得AB=7.5cm,CD=5cm,則可求出玻璃的折射率n=.

(5)某同學(xué)在紙上畫出的界面aa'、bb'與玻璃磚位置的關(guān)系如圖所示,他的其他操作均正確,且均以aa'、bb'為界面畫光路圖.則該同學(xué)測得的折射率測量值(填“大于”“小于”或“等于”)真實(shí)值.

第2課時(shí)測量玻璃的折射率1.ACD[解析]選用厚度較大一些的玻璃磚,則誤差小,故A正確;為了減小測量的相對誤差,選擇的入射角應(yīng)盡量大些,故B錯(cuò)誤;大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上,描繪光的傳播方向準(zhǔn)確,故C正確;大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當(dāng)大些時(shí),相同的距離誤差引起的角度誤差會減小,角度的測量誤差會小些,故D正確.2.(1)C(2)C[解析](1)根據(jù)插針法測玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟可知,實(shí)驗(yàn)時(shí)可以用A、C兩面,或用C、D兩面,或用A、B兩面進(jìn)行實(shí)驗(yàn),故選C.(2)只要操作正確,任何形狀的玻璃磚均可用“插針法”測量折射率,故選C.3.(1)A(2)偏小[解析](1)用插針法測量折射率,在實(shí)驗(yàn)中需要確定界面、入射角和折射角,所以需要的器材有:玻璃磚一塊,大頭針?biāo)拿?白紙一張,直尺一把,還需要量角器、圖釘和三角板.故B、C、D不符合題意,A符合題意.(2)如圖同學(xué)測定折射率時(shí),作出的折射光線如圖所示,可見折射角增大,則由折射定律n=sinisinγ可知,測得的折射率4.(1)cosθ[解析](1)由圖可以看出,入射角為90°-θ1,折射角為90°-θ2,根據(jù)光的折射定律可得,玻璃的折射率為n=sin(90°-(2)玻璃磚寬度較大時(shí),在畫光路圖時(shí)誤差較小,為了減小誤差,玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的.5.(1)C(2)如圖所示(3)1.54(4)A[解析](1)入射角盡量大些,折射角也會大些,折射現(xiàn)象較明顯,角度的相對誤差會減小,但要注意并不是入射角越大越好,應(yīng)適度,故A錯(cuò)誤;為了防止弄臟玻璃磚,不能用鉛筆貼著光學(xué)面畫出界面,故B錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中需要測角度時(shí)即可用量角器,也可用圓規(guī)