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2019-2020年高中物理 第四章 光 第二節(jié) 測定介質(zhì)的折射率自我小測 粵教版選修3-4 1光線透過空氣中的平行平面厚玻璃板，圖4－2－8所示的四種情況中正確的是(　　) 圖4－2－8 2在用兩面平行的玻璃磚測定玻璃折射率的實驗中，其實驗光路如圖4－2－9所示，對實驗中的一些具體問題，下列意見正確的是(　　) 圖4－2－9 A．為了減少作圖誤差，P3和P4的距離應適當取大些 B．為了減少測量誤差，P1、P2的玻璃磚界面的夾角應取大一些 C．若P1、P2的距離較大時，通過玻璃磚會看不到P1、P2的像 D．若P1、P2連線與法線NN′交角較大時，有可能在bb′面就發(fā)生全反射，所以在bb′一側(cè)就看不到P1、P2的像 3某同學做測定玻璃的折射率的實驗，操作時將玻璃磚的界線aa′、bb′畫好后誤用另一塊寬度稍窄的玻璃磚，如圖4－2－10所示虛線，實驗中除仍用原界線外，其他操作都正確，則測玻璃的折射率將(　　) 圖4－2－10 A．偏大　　　　　B．偏小　　　　　C．不影響結(jié)果 　　　D．不能確定 4某同學做“測定玻璃的折射率”實驗時，已得到對一塊平行玻璃磚(圖中MNQP)的實驗光路圖，因未及時處理數(shù)據(jù)，過一段時間后拿出原圖一看，不知被誰在MN一側(cè)多畫了幾道“光線”，如圖4－2－11所示，則a、b、c、d中，________線才是他實驗中得到的光線． 圖4－2－11 5在測定玻璃的折射率的實驗中，若所用的玻璃磚的兩個表面aa′和bb′嚴重不平行，如圖4－2－12所示，則 (　　) 圖4－2－12 A．和bb′平行于aa′時一樣能順利地完成測定n的目的 B．當入射角大于某一數(shù)值時，光線將在bb′界面發(fā)生全反射，使玻璃磚內(nèi)的光路無法確定 C．即使在發(fā)生上述全反射時，仍可以用插針法確定玻璃磚內(nèi)的光路 D．用兩面平行的玻璃磚，當入射角足夠大時也會在bb′界面發(fā)生全反射，使玻璃磚內(nèi)的光路無法確定 6與其他實驗類似，本實驗為了消除偶然誤差，應換用不同的多個入射角做實驗，最后求出折射率的平均值．在處理數(shù)據(jù)時，可以sinr為橫軸，sini為縱軸，畫實驗圖象，所畫的圖象應是________線，該圖象的________是玻璃的折射率的平均值． 7測定玻璃磚折射率的實驗如圖4－2－13所示，把玻璃磚放在白紙上之前應先在紙上畫好圖上的三條直線，它們分別是________、________、________，最后按正確的要求插上大頭針P3、P4，P3、P4的位置決定了光線________的方位，從而確定了折射光線________的方向． 圖4－2－13 8如圖4－2－14所示，用某種透光物質(zhì)制成的三棱鏡ABC；在垂直于AC面的直線MN上插兩枚大頭針P1、P2，在AB面的左側(cè)透過棱鏡觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線方向，直線P1的像________，再在觀察的這一側(cè)先后插上兩枚大頭針P3、P4，使P3________，P4________.記下P3、P4的位置，移去大頭針和三棱鏡，過P3、P4的位置作直線與AB面相交于D，量出該直線與AB面的夾角為45；則該透光物質(zhì)的折射率n＝________，請在圖中畫出正確完整的光路圖． 圖4－2－14 9一位同學模仿用玻璃磚測定玻璃折射率的方法，改用玻璃三棱鏡測定如圖4－2－15所示玻璃的折射率，主要步驟如下： 圖4－2－15 A．在白紙上放一玻璃三棱鏡并畫出它的三邊AB、BC、CA； B．以AB為界面畫一條線段DO作為入射光線，并在DO上豎直地插上兩枚大頭針P1和P2； C．在AC的一側(cè)豎直地插大頭針P3時，用眼睛觀察并調(diào)整視線，要使P3能同時擋住P1和P2的像； D．同樣在AC的一側(cè)再豎直地插上大頭針P4時，用眼睛觀察并調(diào)整視線，要使P4同時能擋住P3和P1、P2的像； E．記下P3、P4的位置，移去玻璃三棱鏡，過P3、P4引直線O′E與AC交于O′，過O點畫界面AB的法線NN′. 你能否根據(jù)他的實驗記錄求出玻璃的折射率呢？如果能，請你在圖上標出入射角和折射角，并用三角函數(shù)值表示玻璃的折射率． 10某同學由于沒有量角器，他在完成了光路圖以后，以O(shè)點為圓心，10.00 cm為半徑畫圓，分別交線段OA于A點，交OO′連線的延長線于C點，過A點作法線NN′的垂線AB交NN′于B點，過C點作NN′的垂線CD交NN′于D點，如圖4－2－16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＝________. 圖4－2－16 11為了測定光在透明的有機玻璃中的傳播速度，實驗室中可提供的器材有：矩形有機玻璃磚(長約40 cm)、秒表、平行光光源、刻度尺、三角板、白紙、大頭針若干等．已知真空中的光速是c＝3.00108 m/s. (1)請從上述器材中選出必需的器材來測量光速． (2)說明測量光速的方法和要測量的量，并給出計算光速的公式． 12半徑為R的玻璃半圓柱體，橫截面積如圖4－2－17所示，圓心為O，兩條平行單色紅光沿截面射向圓柱面，方向與底面垂直，光線1的入射點A為圓柱面的頂點，光線2的入射點為B，∠AOB＝60，已知該玻璃對紅光的折射率n＝. 圖4－2－17 (1)求兩條光線經(jīng)柱面和底面折射后的交點與O點的距離d； (2)若入射的是單色藍光，則距離d將比上面求得的結(jié)果大還是?。? 參考答案 1解析：光線從空氣中射入玻璃時，是由光疏介質(zhì)至光密介質(zhì)，入射角i應大于折射角，即i＞r，透過玻璃板后，出射光線應該與入射光線平行，即i′＝i，光線發(fā)生了側(cè)移． 根據(jù)以上的分析，可知B是正確的，其余各圖都不符合分析得出的結(jié)論． 答案：B 2解析：實驗時，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間，P2與O點之間，P3與P4之間，P3與O′之間距離要稍大一些，入射角θ1應適當大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大，也不宜太?。? 答案：AB 3解析：對測量結(jié)果有影響，會使測定的折射率比真實的折射率偏?。捎谒嫴ＡУ膶挾缺葘嶋H寬度大，使入射點O向左移，折射點向右移．使得所畫的折射角r′比實際折射角r偏大，如右上圖所示，因為n＝，所以測得折射率偏小． 答案：B 4解析：出射光線和入射光線應平行，因此入射光線不會是d，如圖所示，根據(jù)光路圖，出射光線O′B相對入射光線AO向左下方側(cè)移，因此，題中符合條件的入射光線是C. 答案：C 5解析：aa′與bb′不平行，仍可用插針法測玻璃磚的折射率．因為能否正確地測出n值，取決于第一次折射的入射角i1和折射角r1的測量是否準確，而i1和r1的測量是否準確取決于兩點：一是玻璃中的光路是否準確；二是作兩次折射的法線時，是否保證了法線和玻璃的兩平面垂直．如果玻璃中的光路是準確的，每條法線都與發(fā)生折射的平面垂直，就可以準確地測出折射率．但從bb′界面出射的光線不再與從aa′界面入射的光線平行了． 當入射角大于某一數(shù)值時，光線將在bb′界面上發(fā)生全反射，使光線不能從bb′界面射出，故此時不能用插針法確定玻璃磚內(nèi)的光路．如果要完成測量任務，必須使第一次入射的入射角較?。? 當用兩面平行的玻璃磚時，無論入射角為多大，也不會在bb′界面上發(fā)生全反射，因為光能從空氣中折射入玻璃中．根據(jù)光路可逆，光也可折射出去，故A、C、D錯，選B. 答案：B 6解析：所畫的圖象應是一條過坐標原點的傾斜直線，因為對于確定的玻璃磚，當sini增大，sinr也隨之增大，但比值為一恒量，其比值為此直線的斜率(tanα＝n＝)，也為玻璃的折射率的平均值． 答案：直線　直線的斜率 7解析：理解光的折射原理，能夠分清入射光線、法線、折射光線所在的位置，結(jié)合圖中的幾何圖形，對實驗進行數(shù)據(jù)分析． 答案：aa′　NN′　AO　OO′　BO′ 8解析：通過作圖找出BC面上的反射點、AB面上的出射點，則由幾何知識可得各角的大小如下圖所示，則n＝＝，其實驗原理與用兩面平行的玻璃磚相同，故P1的像讓P2的像擋住，P3擋住P1、P2的像，P4應擋住P3以及P1、P2的像． 根據(jù)題意以及光的反射定律和折射定律正確作出光路圖，由幾何關(guān)系找出入射角和反射角，并利用光路的可逆性即可算出物體的折射率． 答案：讓P2的像擋住　擋住P1、P2的像　擋住P3以及P1、P2的像　 9解析：該同學采用的方法是插針法，實驗方法及步驟正確，光路圖也準確無誤，故可測出折射率． 利用插針法確定光的入射點及出射點，進而就確定了入射光線和折射光線，這種方法不僅適用于玻璃磚，同時對三棱鏡、圓柱體等也是適用的． 答案：能　θ1＝∠DON為入射角，θ2＝∠O′ON′為折射角　n＝ 10解析：由折射定律得n＝＝ 因為OA＝OC， 所以n＝＝＝＝1.5. 答案：1.5 11解析：所需器材有：矩形有機玻璃條、刻度尺、木板、白紙和大頭針．用插針法得出光通過有機玻璃條的光路，如下圖所示，在空氣和有機玻璃的界面上，AO是入射光線，OB是折射光線，作出法線ON.取OA′＝OB′，作A′E⊥ON，B′F⊥ON，測出A′E和B′F.折射率n＝＝＝，則有機玻璃中的光速v＝c. 答案：(1)矩形有機玻璃條、刻度尺、木板、白紙和大頭針 (2)略　v＝c 12解析：(1)如下圖所示，i1＝60，r1＝30，i2＝30，r2＝60，光線1不發(fā)生偏折． OC＝＝， d＝＝. (2)玻璃對藍光折射比紅光大，藍光偏折更明顯，故d變?。? 答案：(1)　(2)小