【优化探究】2014年新课标高考总复习人教物理选修3-4-2-3-1测定玻璃的折射率

实验(一)测定玻璃的折射率(时间：45分钟，满分：100分)[命题报告·教师用书独具]知识点题号实验步骤的考查2、5实验数据处理1、3实验误差分析4创新实验设计61.测玻璃砖折射率的实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2，并作出了sinθ1­sinθ2图象如图，则下列说法正确的是________．A．实验时，光线是由空气射入玻璃B．玻璃的折射率为0.67C．玻璃的折射率为1.5D．玻璃临界角的正弦值为0.67解析：由图可看出入射角θ1小于折射角θ2，因此，光线应该是由玻璃射入空气；则玻璃折射率n＝sinθ2sinθ1＝0.45－00.30－0＝1.5，故sinC＝1n＝11.5＝0.67，所以选项C、D正确．答案：CD2．在用插针法测定玻璃的折射率的实验中，某同学操作步骤如下：①用图钉将记录光路的白纸固定在平板上；②手拿玻璃砖的毛面或棱，将其轻放在白纸上；③用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa′和bb′；④在aa′上选择一点O，作为不同入射角的入射光线的共同入射点，画出入射角θ1分别为0°、30°、45°的入射光线；⑤用“插针法”分别得到各条入射光线的出射光线，观察时着重看大头针针帽是否在一条直线上，取下玻璃砖、大头针，连接各针孔，发现所画折射光线中有两条相交，量出各个折射角θ2；⑥按公式分别计算sinθ1sinθ2，取三个值的算术平均值．(1)以上步骤中有错误或不妥之处的是________；(2)应改正为____________________________________________________________________________________________________________________解析：(1)有错误或不妥之处的是③④⑤.(2)③中应先画出一条直线，把玻璃砖的一边与其重合，再使直尺与玻璃砖的界面对齐，移开玻璃砖后再画边界线；④中入射角要取0°以外的三组数据；⑤中大头针要竖直插牢，观察时看针脚是否在同一条直线上．答案：见解析3．(2013年广东高三质检)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所示．(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＝sin90°－θ1sin90°－θ2＝cosθ1cosθ2；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)cosθ1cosθ2或sin90°－θ1sin90°－θ2(2)大4．在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图①、②和③所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖．他们的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图，则(1)甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．(2)乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．(3)丙同学测得的折射率与真实值相比____________．解析：用图①测定折射率时，玻璃中折射光线偏折小了，所以折射角增大，折射率减小；用图②测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用图③测折射率时，无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可大、可小、可不变．答案：(1)偏小(2)不变(3)可能偏大、可能偏小、可能不变5．如图所示，画有直角坐标系xOy的白纸位于水平桌面上．M是放在白纸上的半圆形玻璃砖，其底面的圆心在坐标原点，直边与x轴重合．OA为画在纸上的直线，P1、P2为竖直地插在直线OA上的两枚大头针，P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针，θ1是直线OA与y轴正方向的夹角，θ2是直线OP3与y轴负方向的夹角．只要直线OA画得合适，且P3的位置取得正确，测出角θ1和θ2，便可求得玻璃的折射率．某学生在用上述方法测量玻璃的折射率时，在他画出的直线OA上竖直地插上了P1、P2两枚大头针，但在y0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像，他应采取的措施是_______________________________．若他已透过玻璃砖看到P1、P2的像，确定P3位置的方法是___________________________________________________________________．若他已正确地测得了θ1、θ2的值，则玻璃的折射率n＝________.解析：无法看到P1、P2的像是OA光线的入射角过大，发生全反射的缘故．P3能挡住P1、P2的像说明OP3是AO的折射光线．答案：另画一条更靠近y轴正方向的直线OA，把大头针P1、P2竖直地插在所画的直线上，直到在y0区域透过玻璃砖能看到P1、P2的像插上P3后，P3刚好挡住P1、P2的像sinθ2sinθ16．学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器．如图所示，在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像．同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为________．(2)图中P3、P4两位置________处所对应的折射率值大．(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为________．解析：本题考查利用插针法测定液体的折射率和对折射率的理解．(1)根据折射定律n＝sinθ1sinθ2，题中θ1＝60°，θ2＝∠AOF＝30°，所以n＝sin60°sin30°≈1.73.(2)图中P4对应的折射角大于P3所对应的折射角，所以P4对应的折射率大．(3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角，所以K处对应的折射率为1.答案：(1)1.73(2)P4(3)1