第4章 第1节第2课时 实验：测量玻璃的折射率 能力（Word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第4章 第1节第2课时 实验：测量玻璃的折射率 能力（Word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 145.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-01-08 18:23:39 | ||
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文档简介
人教版高中物理选修一 第4章 第1节第2课时 实验：测量玻璃的折射率 能力
一、实验题（共5小题；共30分）
1. 一位同学用“插针法”测两面平行的玻璃砖的折射率。
（1）该同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，以 点为圆心、 为半径画圆，交 的延长线于 点，过 点和 点分别向法线作垂线交于 点和 点，如图所示。测量有关线段的长度，可得玻璃的折射率 。（用图中线段字母表示）
（2）利用这种方法能否测量两面不平行的玻璃砖的折射率 （填“能”或“否”）。
2. 如图所示是利用“插针法”测定玻璃砖的折射率时得到的光路图，玻璃砖的入射面 和出射面 并不平行，则：
（1）出射光线与入射光线 （选填“平行”或“不平行”）。
（2）以入射点 为圆心、以 （长为 的线段）为半径画圆，与入射光线 交于 点，与折射光线 交于 点，过 、 点分别向法线作垂线，量得 ，，则该玻璃砖的折射率 。
3. 用园弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针 、 ，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使 的像被 的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针 和 ，使 挡住 和 的像， 挡住 以及 和 的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图甲所示（ 为两圆弧圆心，图中已画出经过 、 点的入射光线）。
（1）在图上补画出完整的光路。
（2）为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角 和折射角 ，请在图中的 分界面上标出这两个角。
（3）多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图象，由图象可知该玻璃的折射率 。
4. 如图所示，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 、 确定入射光线，并让入射光线过圆心 ，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针 ，使 挡住 、 的像，连接 和 。图中 为分界面，虚线半圆与实线半圆对称， 、 分别是入射光线、折射光线与圆的交点， 、 均垂直于法线并分别交法线于 、 点。
（1）设 的长度为 ， 的长度为 ， 的长度为 ， 的长度为 ，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量 和 ，则玻璃砖的折射率可表示为 。
（2）该同学在插大头针 前不小心将玻璃砖以 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”）。
5. 如图所示，一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率，填写下述实验步骤中的空白。
（1）（）用游标卡尺测出广口瓶瓶口内径 。
（）在瓶内装满水。
（）将刻度尺沿瓶口边缘 插入水中。
（）沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的 刻度线（即图中 点），同时看到水面上 刻度线的像 恰与 点的像重合，如图。
（2）若水面恰与刻度尺的 刻度线相平，读出 和 的长度。
（3）由题中所给条件，可以计算水的折射率为 。
答案
第一部分
1. （1）
【解析】图中 为入射光线， 是折射光线，设光线在玻璃砖上表面的入射角为 ，折射角为 ，则由几何知识得到 ，；又 ，则折射率为 。
（2） 能
【解析】用“插针法”测量玻璃的折射率的实验原理是折射定律，即 ，只要作出光路图，能找出入射角和折射角即可求出折射率，
所以利用本题方法可以测量两面不平行的玻璃砖的折射率。
2. （1） 不平行
【解析】因为玻璃砖的入射面和出射面不平行，可知出射光线和入射光线不平行。
（2）
【解析】根据折射定律得 。
3. （1）
【解析】连接 、 并延长，与 交于一点，此交点为光线从玻璃砖中射出的位置，又由于 、 的连线与 的交点为光线进入玻璃砖的位置，连接两点即可作出玻璃砖中的光线，如答案所示。
（2）
【解析】连接 点和光线在 上的入射点作出法线，标出入射角 和折射角 如答案所示。
（3）
【解析】图线的斜率 ，由折射定律可得玻璃的折射率 ，由题图乙可知斜率为 ，即玻璃的折射率为 。
4. （1） ；；
【解析】根据几何知识，入射角的正弦值为 ，折射角的正弦值为 ，根据光的折射定律得玻璃砖的折射率 ，所以用刻度尺测量出 和 即可算出折射率。
（2） 偏大
【解析】该同学在插大头针 前不小心将玻璃砖以 为圆心顺时针转过一小角度，折射光线将以 为圆心顺时针转动，则该同学插大头针 时，其位置更靠近图中直线 ，而作图时仍以 为边界、 为法线，则所取入射角为图中 ，所取折射角小于图中 ，由 可知，由此测得玻璃砖的折射率将偏大。
5. （1） 竖直
【解析】将刻度尺沿瓶口边缘竖直插入水中。
（2） ；（或 ）
【解析】若水面恰与刻度尺的 刻度线相平，读出 和 （或 ）的长度。
（3） （或 ）
【解析】设从 点发出的光线射到广口瓶边缘水面处的入射角为 ，折射角为 ，根据数学知识可知 ，，
水的折射率为 ，
根据对称性有 ，
联立得 。
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一、实验题（共5小题；共30分）
1. 一位同学用“插针法”测两面平行的玻璃砖的折射率。
（1）该同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，以 点为圆心、 为半径画圆，交 的延长线于 点，过 点和 点分别向法线作垂线交于 点和 点，如图所示。测量有关线段的长度，可得玻璃的折射率 。（用图中线段字母表示）
（2）利用这种方法能否测量两面不平行的玻璃砖的折射率 （填“能”或“否”）。
2. 如图所示是利用“插针法”测定玻璃砖的折射率时得到的光路图，玻璃砖的入射面 和出射面 并不平行，则：
（1）出射光线与入射光线 （选填“平行”或“不平行”）。
（2）以入射点 为圆心、以 （长为 的线段）为半径画圆，与入射光线 交于 点，与折射光线 交于 点，过 、 点分别向法线作垂线，量得 ，，则该玻璃砖的折射率 。
3. 用园弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针 、 ，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使 的像被 的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针 和 ，使 挡住 和 的像， 挡住 以及 和 的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图甲所示（ 为两圆弧圆心，图中已画出经过 、 点的入射光线）。
（1）在图上补画出完整的光路。
（2）为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角 和折射角 ，请在图中的 分界面上标出这两个角。
（3）多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图象，由图象可知该玻璃的折射率 。
4. 如图所示，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 、 确定入射光线，并让入射光线过圆心 ，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针 ，使 挡住 、 的像，连接 和 。图中 为分界面，虚线半圆与实线半圆对称， 、 分别是入射光线、折射光线与圆的交点， 、 均垂直于法线并分别交法线于 、 点。
（1）设 的长度为 ， 的长度为 ， 的长度为 ， 的长度为 ，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量 和 ，则玻璃砖的折射率可表示为 。
（2）该同学在插大头针 前不小心将玻璃砖以 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”）。
5. 如图所示，一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率，填写下述实验步骤中的空白。
（1）（）用游标卡尺测出广口瓶瓶口内径 。
（）在瓶内装满水。
（）将刻度尺沿瓶口边缘 插入水中。
（）沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的 刻度线（即图中 点），同时看到水面上 刻度线的像 恰与 点的像重合，如图。
（2）若水面恰与刻度尺的 刻度线相平，读出 和 的长度。
（3）由题中所给条件，可以计算水的折射率为 。
答案
第一部分
1. （1）
【解析】图中 为入射光线， 是折射光线，设光线在玻璃砖上表面的入射角为 ，折射角为 ，则由几何知识得到 ，；又 ，则折射率为 。
（2） 能
【解析】用“插针法”测量玻璃的折射率的实验原理是折射定律，即 ，只要作出光路图，能找出入射角和折射角即可求出折射率，
所以利用本题方法可以测量两面不平行的玻璃砖的折射率。
2. （1） 不平行
【解析】因为玻璃砖的入射面和出射面不平行，可知出射光线和入射光线不平行。
（2）
【解析】根据折射定律得 。
3. （1）
【解析】连接 、 并延长，与 交于一点，此交点为光线从玻璃砖中射出的位置，又由于 、 的连线与 的交点为光线进入玻璃砖的位置，连接两点即可作出玻璃砖中的光线，如答案所示。
（2）
【解析】连接 点和光线在 上的入射点作出法线，标出入射角 和折射角 如答案所示。
（3）
【解析】图线的斜率 ，由折射定律可得玻璃的折射率 ，由题图乙可知斜率为 ，即玻璃的折射率为 。
4. （1） ；；
【解析】根据几何知识，入射角的正弦值为 ，折射角的正弦值为 ，根据光的折射定律得玻璃砖的折射率 ，所以用刻度尺测量出 和 即可算出折射率。
（2） 偏大
【解析】该同学在插大头针 前不小心将玻璃砖以 为圆心顺时针转过一小角度，折射光线将以 为圆心顺时针转动，则该同学插大头针 时，其位置更靠近图中直线 ，而作图时仍以 为边界、 为法线，则所取入射角为图中 ，所取折射角小于图中 ，由 可知，由此测得玻璃砖的折射率将偏大。
5. （1） 竖直
【解析】将刻度尺沿瓶口边缘竖直插入水中。
（2） ；（或 ）
【解析】若水面恰与刻度尺的 刻度线相平，读出 和 （或 ）的长度。
（3） （或 ）
【解析】设从 点发出的光线射到广口瓶边缘水面处的入射角为 ，折射角为 ，根据数学知识可知 ，，
水的折射率为 ，
根据对称性有 ，
联立得 。
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