第4章光实验测量玻璃的折射率课堂限时训练 （Word版含解析）

实验:测量玻璃的折射率
必备知识基础练
1.(多选)某同学用“插针法”做测量玻璃折射率的实验时,他的方法和操作步骤都正确无误,但他处理实验数据时,发现玻璃砖的两个光学面aa'和bb'不平行,如图,则(　　)
A.P1P2与P3P4两条直线平行
B.P1P2与P3P4两条直线不平行
C.他测出的折射率偏大
D.他测出的折射率不受影响
2.(2021天津卷)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)
关键能力提升练
3.在测定玻璃折射率的实验中:
(1)操作步骤如下:
①先在白纸上画出一条直线aa'代表两种介质的界面,过aa'上的O点画出界面的法线NN',并画一条线段AO作为入射光线。
②把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa'对齐。
③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像。调整视线方向,直到P1的像被P2挡住。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P1、P2的像和P3,记下P3、P4的位置。
④移去大头针和玻璃砖,连接P3、P4作为折射光线,测量出入射角θ1与折射角θ2,填入表格中。
上述操作步骤中存在严重的缺漏和错误,应做的补充和改正是
　。
(2)正确进行实验后测出了多组入射角θ1与折射角θ2,并作出了sin θ1-sin θ2的图像如图所示。则下列说法正确的是　　　　　。
A.实验时,所测光线是由空气射入玻璃
B.玻璃的折射率为0.67
C.玻璃的折射率为1.5
4.在测量玻璃的折射率实验中,主要步骤如下:
(1)如图,在放置好平行玻璃砖的白纸上竖直插上大头针P1、P2确定入射光线,然后在另一侧透过玻璃砖观察,插上大头针P3,使它挡住P2、P1的像,接着插上第四枚大头针P4,使它挡住　　　　　　　　。
(2)撤去玻璃砖,在实验记录图(如图)中补画出完整的光路图。
(3)根据正确的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=　　　　　　　(结果保留一位小数)。
参考答案：
必备知识基础练
1.(多选)某同学用“插针法”做测量玻璃折射率的实验时,他的方法和操作步骤都正确无误,但他处理实验数据时,发现玻璃砖的两个光学面aa'和bb'不平行,如图,则(　　)
A.P1P2与P3P4两条直线平行
B.P1P2与P3P4两条直线不平行
C.他测出的折射率偏大
D.他测出的折射率不受影响
解析光线由aa'进入玻璃砖时,由折射定律得n=,光线由bb'射出玻璃砖时,由折射定律得n=。若aa'∥bb',则有θ1=β,进而有α=θ2,出射光线O'B与入射光线AO平行。若aa'和bb'不平行,则有θ1≠β,进而有α≠θ2,出射光线O'B与入射光线AO不平行,故选项B正确,A错误;在用“插针法”测玻璃的折射率时,只要实验方法正确,光路准确无误,结论必定是正确的,它不会受玻璃砖形状的影响,选项D正确,C错误。
答案BD
2.(2021天津卷)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)
解析(1)在插针法测定玻璃的折射率实验中,使用两光学面间距大的玻璃砖能更准确地确定玻璃砖内光线的位置,有利于减小实验误差,而两光学面是否平行对测量折射率没有影响,选项A准确、B错误;插针时要求后插的针挡住先插的针或先插的针的像,故选用细一点的大头针能更准确地确定光线位置,提高实验精确度,选项C错误;实验中是根据同侧两枚大头针的连线来确定入射光线或出射光线,故距离大些更好,选项D准确。
(2)由题图可知实验使用的是平行玻璃砖,故出射光线应该与入射光线平行,选项A出射光线与入射光线在同一直线上,选项B、C中出射光线与入射光线不平行,故只有选项D正确。
(3)设图中入射角为i,折射角为r,则sini=、sinr=,故折射率n=。
答案(1)AD　(2)D　(3)
关键能力提升练
3.在测定玻璃折射率的实验中:
(1)操作步骤如下:
①先在白纸上画出一条直线aa'代表两种介质的界面,过aa'上的O点画出界面的法线NN',并画一条线段AO作为入射光线。
②把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa'对齐。
③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像。调整视线方向,直到P1的像被P2挡住。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P1、P2的像和P3,记下P3、P4的位置。
④移去大头针和玻璃砖,连接P3、P4作为折射光线,测量出入射角θ1与折射角θ2,填入表格中。
上述操作步骤中存在严重的缺漏和错误,应做的补充和改正是
　。
(2)正确进行实验后测出了多组入射角θ1与折射角θ2,并作出了sin θ1-sin θ2的图像如图所示。则下列说法正确的是　　　　　。
A.实验时,所测光线是由空气射入玻璃
B.玻璃的折射率为0.67
C.玻璃的折射率为1.5
解析(1)步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb';步骤④中应通过P3、P4的连线与bb'的交点O'和aa'上的入射点O,作出玻璃砖中的折射光线OO'。
(2)由题图可看出入射角θ1小于折射角θ2,因此,所测光线应该是由玻璃射入空气;则玻璃折射率n==1.5,所以选项C正确。
答案(1)见解析　(2)C
4.在测量玻璃的折射率实验中,主要步骤如下:
(1)如图,在放置好平行玻璃砖的白纸上竖直插上大头针P1、P2确定入射光线,然后在另一侧透过玻璃砖观察,插上大头针P3,使它挡住P2、P1的像,接着插上第四枚大头针P4,使它挡住　　　　　　　　。
(2)撤去玻璃砖,在实验记录图(如图)中补画出完整的光路图。
(3)根据正确的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=　　　　　　　(结果保留一位小数)。
解析(1)第四枚大头针P4要挡住P3及P2、P1的像。
(2)光路如图所示。
(3)根据正确的光路图进行测量可得入射角θ1=45°,折射角θ2=30°,得该玻璃砖的折射率n=≈1.4。
答案(1)P3及P2、P1的像　(2)光路图见解析　(3)1.4