高中物理 第1-6章同步练习-新人教版选修3-4#高中物理 4.2实验探究 测定玻璃的折射率同步练习（含解析）新人教版选修3-4 .doc

高中物理 第1-6章同步练习-新人教版选修3-4#高中物理 4.2实验探究 测定玻璃的折射率同步练习（含解析）新人教版选修3-4 .doc
第2节　实验探究：测定玻璃的折射率
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1．实验器材有：白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、____________、平木板、____________.
2．实验原理：如图1所示，用________法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B，确定出O′点，画出折射光线OO′，然后测量出角i和r，根据公式________计算玻璃的折射率．
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/W10.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "W10.TIF" \* MERGEFORMAT
图1
3．测定玻璃的折射率时，为了减小实验误差，应该注意的是(　　)
A．玻璃砖的宽度应大些
B．入射角应尽量小些
C．大头针应垂直地插在纸面上
D．大头针G1、G2及G3、G4之间的距离应适当大些
4．在“测定玻璃砖的折射率”的实验中，某人在画玻璃砖下界面bb′时，上界面与aa′直线离开了一段距离，但aa′与bb′仍然平行，如图2所示，如果其他操作不变，他测得玻璃砖的折射率比真实值将(　　)
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/W11.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "W11.TIF" \* MERGEFORMAT
图2
A．偏大 B．偏小
C．仍然准确 D．以上均有可能
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/课堂探究练.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "课堂探究练.TIF" \* MERGEFORMAT
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/左括.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "左括.TIF" \* MERGEFORMAT 概念规律练INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/右括.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "右括.TIF" \* MERGEFORMAT
知识点一　实验原理
1．某同学用插针法测定玻璃砖的折射率．他的实验方法和操作步骤正确无误．但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa′与bb′不平行，如图3所示．则下列说法正确的是(　　)
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/W13.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "W13.TIF" \* MERGEFORMAT
图3
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
2．一位同学模仿用玻璃砖测定玻璃折射率方法，改用玻璃三棱镜测定玻璃的折射率，他的主要步骤如下：
A．在白纸上放一玻璃三棱镜并画出它的三边，AB、BC和CA；
B．以AB界面画一条线段DO作为入射光线，并在DO上竖直地插上两枚大头针P1和P2；
C．在AC的一侧竖直地插上大头针P3时，用眼睛观察并调整视线使P3同时能挡住P1、P2的像；
D．同样，在AC的一侧再竖直地插上大头针P4时，用眼睛观察并调整视线使P4同时能挡住P3和P1、P2的像；
E．记下P3、P4的位置移去玻璃三棱镜，过P3、P4引直线O′E与AC交于O′，过O点画界面AB的法线NN′.
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/W14.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "W14.TIF" \* MERGEFORMAT
图4
你能否根据他的实验记录测出玻璃的折射率？若能，请你在图4上标出入射角和折射角，并用三角函数值表示玻璃的折射率．
知识点二　实验步骤
3．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将记录光路的白纸铺放在平木板上；
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i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折射光线，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r；
⑥按公式分别计算eq \f(sin i,sin r)，取三个值的算术平均值．
(1)以上步骤中有错误或不妥的几处是
_____________________________________________________________________．
(2)应改正为：
_____________________________________________________________________，
________________________________________________________________________，
________________________________________________________________________.
4．在测定玻璃的折射率实验中，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，P4挡住P1、P2和P3的像，记下P3、P4的位置．
(4)移去大头针和玻璃砖，连接P1、P2作为入射光线，连接P3、P4作为折射光线，测量出入射角i与折射角r，填入表格中．
上述操作步骤中存在严重的缺漏，应作的补充是
______________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
知识点三　数据处理
5．某同学由于没有量角器，他在完成了光路图后，以O点为圆心，10.00 cm为半径画圆，分别交线段OA于A点，交线段OO′的延长线于C点，过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于B点，过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于D点，如图5所示．用刻度尺量得OB＝8.00 cm，CD＝4.00 cm，由此可得出玻璃的折射率n＝________.
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/D259.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D259.TIF" \* MERGEFORMAT
图5
6．某同学做测定玻璃折射率实验时，用他测得的多组入射角i与折射角r作出sin i－sin r图像如图6所示，下列判断中正确的是(　　)
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/W16.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "W16.TIF" \* MERGEFORMAT
图6
A．他做实验时，光线是由空气射入玻璃的
B．他做实验时，光线是由玻璃射入空气的
C．玻璃的折射率为0.67
D．玻璃的折射率为1.5
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/左括.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "左括.TIF" \* MERGEFORMAT 方法技巧练INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/右括.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "右括.TIF" \* MERGEFORMAT
误差分析的技巧
7．在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中：
(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa′和bb′后，不自觉地碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许，如图7所示．则他测出的折射率值将________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)；
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/W19.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "W19.TIF" \* MERGEFORMAT
图7
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/W20.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "W20.TIF" \* MERGEFORMAT
图8
(2)乙同学在画界面时，不自觉地将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，如图8所示，则他测得折射率________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)．
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/课后巩固练A.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "课后巩固练A.TIF" \* MERGEFORMAT
1．在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路如图9所示，对实验中的一些具体问题，下列说法正确的是(　　)
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/W23.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "W23.TIF" \* MERGEFORMAT
图9
A．为了减少作图误差，C和D的距离应适当取大一些
B．为减少测量误差，A、B连线与法线NN′的夹角应适当大一些
C．若A、B的距离较大时，通过玻璃砖会看不到A、B的像
D．若A、B连线与法线NN′间夹角过大时，有可能在bb′一侧看不清A、B的像
2．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10甲、乙、丙所示，其中甲、丙同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖．他们的其它操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图．则
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/W24.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "W24.TIF" \* MERGEFORMAT
图10
甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)
乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)
丙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)
3．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11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：
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/W27.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "W27.TIF" \* MERGEFORMAT
图11
(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、P4两位置哪一处所对应的折射率的值大？
答：________________________________________________________________________.
(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率的值应为________．
第2节　实验探究：测定玻璃的折射率
答案
课前预习练
1．玻璃砖　量角器
2．插针　n＝eq \f(sin i,sin r)
3．ACD
4．B　
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/W12.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "W12.TIF" \* MERGEFORMAT
　[如图所示，用插针法确定入射光线和折射光线后，入射角不受影响，折射角实际为r，但测量值为r′即变大，由n＝eq \f(sin i,sin r)知测得的折射率偏小．]
课堂探究练
1．BD　[在光线由aa′面进入玻璃砖的折射现象中，由折射定律得n＝eq \f(sin α,sin β).
在光线由bb′射出玻璃砖的折射现象中，由折射定律得n＝eq \f(sin r,sin i).
若aa′与bb′平行，则i＝β，因此α＝r.此时入射光线AO与出射光线O′B平行．
若aa′与bb′平行，则i≠β，因此α≠r.此时入射光线AO与出射光线O′B不平行．选项B正确．
在具体测定折射率时，要求实验方法、光路均准确无误，折射率的测量值应不受aa′与bb′是否平行的影响，选项D正确．]
点评　(1)入射光线与出射光线是否平行，取决于玻璃砖两界面aa′与bb′是否平行．(2)利用插针法确定光的入射点和出射点，从而确定入射光线和折射光线．此方法可适合应用平行玻璃砖、棱镜、圆柱形玻璃体等．
2．能　折射角和入射角如下图所示，玻璃的折射率为n＝eq \f(sin i,sin r)
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3．(1)③④⑤
(2)③中应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
4．(2)中．缺少“画出玻璃砖的另一个边bb′”(4)中“连接P3P4与bb′交于O′，连接OO′，OO′就是玻璃砖内的折射光线”．
点评　做此类题目，要回忆自己做实验的过程，特别要注意确定入射光线和折射光线的步骤．
5．1.5
解析　由图可知sin ∠AOB＝eq \f(AB,OA)，sin ∠DOC＝eq \f(CD,OC)，OA＝OC＝R，根据n＝eq \f(sin i,sin r)知，n＝eq \f(sin ∠AOB,sin ∠DOC)＝eq \f(AB,CD)＝eq \f(\r(102－82),4)＝1.5.
6．AD　[此直线斜率k＝eq \f(sin i,sin r)＝eq \f(1,0.67)＝1.5，所以研究的光线是从空气射入玻璃时的折射现象，选项A正确；k也就是折射率n＝1.5，选项D正确．]
点评　数据处理的方法．
(1)计算法：计算每次折射率n，求出平均值eq \x\to(n).
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(2)图像法，作sin i－sin r图像，由n＝eq \f(sin i,sin r)，可知图像应为直线，如图7所示，其斜率为折射率．
(3)单位圆法：在不使用量角器的情况下，可以用单位圆法．
①以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作MN的垂线EH，过E′作MN的垂线E′H′，如图所示．
INCLUDEPICTURE "../../../../../../2014/幻灯片/同步/物理/教科3-4/《课时作业与单元检测》Word版文档/W18.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "W18.TIF" \* MERGEFORMAT
②由图中关系sin i＝eq \f(EH,OE)，sin r＝eq \f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，则n＝eq \f(sin i,sin r)＝eq \f(EH,E′H′).只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n.
7．(1)不变　(2)偏小
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解析　(1)如图甲所示，甲同学利用插针法确定入射光线、折射光线后，测得的入射角、折射角都没有受到影响，因此测得的折射率将不变．
(2)如图乙所示，乙同学利用插针法确定入射光线、折射光线后，测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率偏
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小．
方法总结　这类题目，一般是由于作图所得的折射角不准确造成折射率的误差．解答此类问题时，要根据题意画出实际的光路图，与实验中的光路图比较得出折射角的变化，即可得到准确的答案．
课后巩固练
1．ABD　[实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且A和B之间，B与O点之间，C与D之间，C与O′之间距离要稍大一些，入射角i应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小．]
2．偏小　不变　可能偏大，可能偏小，可能不变
解析　用题图甲测定折射率，玻璃中折射光线偏转大了，所以折射角增大，折射率减小；用题图乙测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用题图丙测折射率时，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．
3．(1)1.73　(2)P4对应的折射率大　(3)1
解析　(1)根据折射定律n＝eq \f(sin i,sin r)，题中i＝60°，r＝∠AOF＝30°，所以n＝eq \f(sin 60°,sin 30°)＝1.73.
(2)图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角，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处对应的折射率应为1.