20202021年高考物理实验方法插针法测玻璃折射率含解析

12020-2021年高考物理实验方法：插针法测玻璃折射率【目的和要求】应用折射定律测定玻璃的折射率，加深对折射定律的理解。【仪器和器材】玻璃砖（J2506型），钢直尺，大头针，量角器或圆规，图板，图钉或透明胶带，白纸或坐标纸。【实验方法】1．插针将一张八开的白纸或坐标统，平铺在绘图板上，用图钉或透明胶带固定，玻璃砖平放在纸中央。取一枚大头针，紧贴玻璃砖上底面AE的中点附近，垂直插牢在图板上。插针点为O点，取第二枚大头针，垂直插在O点左上方的O1点。实验者的眼睛在玻璃砖下底面/SPANCD的下方，沿水平方向透过玻璃砖观察插在O、O1点处的大头针，移动观察位置，使两枚大头针位于一直线上。然后在玻璃砖下底面CD的下方，沿着O1O的方向再在点O2、O3处插两枚大头针，观察者应看到插在O1、O、O2、O3的四枚大头针在一直线上。拔下大头针，标好插针点O1、O、O2、O3。笔尖贴紧玻璃砖画下它的轮廓线AECD，如图5．1－1所示。2．作图取走玻璃砖，连直线O1O、O2O3，延长O3O2交DC边干O′，连OO′。过点O作AE的垂线NN′，则O1O为入射光线，OO′为折射光线，ON为法线，∠O1ON为入射角i，∠O′ON′为折射角i′，如图5．1－2所示。3．测量计算根据图5．1－2，有两种计算折射率的方法。2（1）用量角器在图5．1－2上量出入射角i及折射角i′，代入折射定律公式n＝sini／sini′计算出折射率n。（2）如图5．1－2所示，延长OO′，以O为圆心，R（大于100毫米）为半径作圆，分别与入射光线O1O交于P，与折射光线OO′的延长线交于P′。过PP′作NN′的垂线，垂足分别为BB′，刚sini＝PB／Rsini′＝P′B′／Rn＝sini／sini′＝PB／P′B′用钢直尺测出PB及P′B′，代入上式即可计算出折射率。根据图5．1－2，用上述两种方法测得的结果列在表中。表1ii’n4502801.51表2PBP’B’n80.7mm53.8mm1.50题1：“测定玻璃的折射率冶实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B,在另一侧再竖直插两个大头针C、D.在插入第四个大头针D时,要使它_____________.题12B-2图是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、a忆是描在纸上的玻璃砖的两个边.根据该图可算得玻璃的折射率n=_____________.(计算结果保留两位有效数字)【答案】挡住C及A、B的像；1.8（1.6~1.9都算对）【解析】方法1.如果考生带有量角器，分别连接AB和CD，分别交a和'a于O和O’，过O作a的垂线M1N1，即为法线,如图答1图,则角AO1M2为入射角1,角C01N为折射角2,用量角器分别测得1=60°，2=30°，3则玻离的折射率为n=7.13sinsin21。方法⒉.如果考生没有带量角器而只带直尺或三角板，在图中，分别测量长度O102=1.50cm和O2N1=0.75cm,则折射角的正弦为Sin50.0sin21122OONO，然后在O1A上截取O1A1=1.50cm，从A作M1N1的垂线A1M1，测量长度A1M1=1.30，则入射角的正弦为87.050.130.1sin11111AOMA,所以玻璃的折射率为7.15.087.0sinsin21n，或7.175.03.1sinsin21n。方法3.考生如果带有圆规和直尺的话，可以这样做。以1O为圆心、21OO为半径画圆，交AB于A1，从A1向M1N1作垂线，M1为垂足，分别测量A1M1=1.30cm和N1O2=0.75cm，则玻璃的折射率为7.175.03.1sinsin21n。题2.在测定玻璃的折射率的实验中,对一块两面平行的玻璃砖,用插针法找出与入射光线对应的出射光线．现有甲、乙、丙、丁四位同学分别做出如图的四组插针结果．4（1）从图上看,肯定把针插错了的同学是．（2）从图上看,测量结果准确度最高的同学是．【答案】．乙（1分）．丁（2分）【解析】本实验中，为了减小误差，入射角应在500—700（甲的入射角过小），针距应尽量大些（丙的针距过小），应选用较宽的玻璃砖，还要特别注意界面线与玻璃界面准确重合。题3.某同学用大头针、三角板、量角器等器材测量半圆形玻璃砖的折射率，开始玻璃砖位置如图中实线所示，使大头针1P、2P圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心缓缓转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察1P、2P的像，且2P的像挡住1P的像，如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失，此时只需测量出，即可计算出玻璃砖的折射率，请用你的方法表示出折射率n【答案】玻璃砖直径边绕O点转过的角度，n=sin1题4.在“测定玻璃的折射率”实验时，5（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.实验时即可用量角器，也可以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。根据插针与纸上以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”）；（3）小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置4321PPPP和、、，AB和CD是描出的玻璃砖的两个边，如图2所示.请在答题纸上画出光路图。【答案】（1）C（2）偏小（3）下图题5.在利用插针法测玻璃的折射率时，透过玻璃砖看大头针以确定光线是实验中的基本步骤，如图所示，若已知长方形玻璃abcd的折射率为n=1.55，在靠近ab面的一侧固定一枚大头针P，用眼睛在另外三个侧面分别观察大头针P的像，下列说法中正确的是（）A．在ad面一侧偏下的位置可以看到P的像B．在bc面一侧偏上的位置可以看到P的像C．在cd面一侧偏右的位置可以看到P的像D．在以上的三个位置都可以看到P的像6【答案】C【解析】A、作出从ad面一侧射出的光线如图①，当入射角i1接近90°时，折射角r最大，r的最大值约为：sinr=2255.1190sin0n，所以r＜45°，则由几何知识得：入射角i2＞45°。设临界角为C．则sinC=2255.11n1，所以C＜45°，故光线射到ad面上将发生全反射，故在ad面一侧偏下的位置不能看到P的像．B、与A同理，在bc面一侧偏下的位置也不能看到P的像．故B错误．C、作出从cd面一侧射出的光线如图③，则知在cd面一侧偏右的位置可以看到P的像．故C正确．D、由上知，D错误．故选C