实验针对训练(三) 实验：测量玻璃的折射率
1．在用“插针法”测量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EE′、FF′与矩形玻璃砖位置的关系分别如图甲、乙和丙所示。他们的其他操作均正确，且均以EE′为入射界面、FF′为出射界面画光路图。则
(1)甲同学测得的折射率与真实值相比__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(2)乙同学测得的折射率与真实值相比__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)丙同学测得的折射率与真实值相比__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
2．在利用“插针法”测量玻璃砖的折射率实验中，如图甲所示，实验时，先将玻璃砖平放到水平面内的白纸上，贴着玻璃砖前后两个面在纸上描点后画出直线m1m2和k1k2，然后在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2。
(1)准备插第三枚大头针时，应在________(选填“m1m2”或“k1k2”)侧观察。
(2)插第三枚大头针时，这枚大头针________。
A．挡住P1的像即可
B．挡住P2的像即可
C．应同时挡住P1和P2的像
(3)插完所需的大头针，补全光路。 图乙为光路的一部分，A1、B1均为光路上的点，分别过A1、B1作直线k1k2的垂线，垂足分别为A2、B2，测得A2O＝4.00 cm，B2O＝2.80 cm，A1O＝B1O，则玻璃砖的折射率n＝____________。(结果保留3位有效数字)
3．现要估测一矩形玻璃砖的折射率n，给定的器材有：待测玻璃砖、白纸、铅笔、大头针1枚、直尺、直角三角板。实验时，先将直尺的一端O和另一点M标上明显的标记，再将玻璃砖平放在白纸上，沿其两个长边在白纸上画出两条直线AB、CD，再将直尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置，使O点与直线CD相交，并在白纸上记下点O、M的位置，如图所示。然后在右上方通过AB所在界面向左下方观察，调整视线方向，直到O点的像与M点的像重合，再在AB直线上插上大头针，使大头针挡住M、O的像，记下大头针P点的位置。
(1)请在原图上作出光路图。
(2)玻璃砖的折射率的表达式为n＝________(用字母P和图中已知线段字母表示)。
4．用圆弧状玻璃砖做测量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P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2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。其中O为两圆弧所在圆的圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线。
(1)在图上补画出完整的光路。
(2)为了测出玻璃砖的折射率，需要测量入射角i和折射角r，请在图中的分界面两侧画出这两个角。
(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i和折射角r的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝________。
5．某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面的距离d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm。玻璃砖的折射率n＝________，光在玻璃砖中的传播速度v＝________ m/s。(光在真空中的传播速度c＝3.0×108 m/s，结果均保留两位有效数字)
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1．解析：(1)作光路图如图甲所示，
由图甲可知折射角的测量值偏大，根据n＝可知甲同学测得的折射率与真实值相比偏小。
(2)作光路图如图乙所示，由图乙可知入射角的测量值等于真实值，折射角的测量值大于真实值，根据n＝可知乙同学测得的折射率与真实值相比偏小。
(3)作光路图如图丙所示，由图丙可知折射角的测量值小于真实值，根据n＝可知丙同学测得的折射率与真实值相比偏大。
答案：(1)偏小 (2)偏小 (3)偏大
2．解析：(1)先在白纸上放上玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，准备插第三枚大头针时，应在m1m2侧观察。
(2)插第三枚大头针时，这枚大头针应同时挡住P1和P2的像。故选C。
(3)折射率n＝≈1.43。
答案：(1)m1m2 (2)C (3)1.43
3．解析：
(1)调整视线方向，当O点的像和M点的像重合时，从O点发出的光线经AB面折射后与从M点发出的光线经AB面反射后重合。在观察的一侧插上大头针，使大头针挡住M、O的像，则大头针的位置为折射光线射出玻璃砖的点和从M点发出的光线在AB面上的反射点，如图所示。
(2)折射率n＝。
答案：(1)见解析图 (2)
4．解析：(1)
P3、P4的连线与的交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，P1、P2的连线与的交点即为光线射入玻璃砖的位置，连接这两点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示。
(2)连接O点与光线在 上的入射点所得直线即为法线，标出入射角i和折射角r如图所示。
(3)题图乙中图线的斜率k＝等于折射率n，由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5。
答案：(1)(2)见解析图 (3)1.5
5．解析：作出光路图如图所示，
根据几何知识可得入射角i＝45°，设折射角为r，则
tan r＝，则sin r＝，折射率n＝≈1.2
光在玻璃砖中的传播速度v＝＝2.5×108 m/s。
答案：1.2 2.5×108
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