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实验15测定玻璃的折射率1.在“用插针法测玻璃砖折射率”的实验中,玻璃砖的ab边与ab边相互平行,aa边与bb边不平行。某同学在白纸上仔细画出了玻璃砖的两条边线aa和bb,如图所示。(1)实验时,先在玻璃砖的一侧插两枚大头针P1和P2以确定入射光线AO。接着,眼睛在玻璃砖的(选填“同一侧”或“另一侧”)观察所插的两枚大头针P1和P2,同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线。(2)实验中是否要求四枚大头针的针帽在同一视线上?(填“是”或“否”)。(3)(多选)下列操作可以减小实验误差的是(填字母代号)。A.适当增大大头针P1、P2的间距B.选择玻璃砖相互平行的ab、ab边来测量C.选用尽可能细的笔画线D.使入射角接近于90答案(1)另一侧(2)否(3)AC解析(1)实验时,先在玻璃砖的一侧插两枚大头针P1和P2以确定入射光线AO;接着,眼睛在玻璃砖的另一侧观察所插的两枚大头针P1和P2,同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线;(2)实验中要求四枚大头针的针尖在同一视线上,而不是针帽;(3)大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些时,相同的距离误差,引起的角度误差会减小,故A符合题意。用插针法测定折射率时,玻璃砖两表面不一定要平行,故B不符合题意。为了准确确定入射光线和折射光线,选用尽可能细的笔画线,故C符合题意。为了减小测量的相对误差,选择的入射角应尽量大些,效果会更好,但不是接近90,故D不符合题意。选A、C。2.如图甲、图乙所示,在“用插针法测定玻璃的折射率”的实验中,当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线OB,从而确定折射光线OO。(1)如图甲,测出入射角i和折射角r,则玻璃的折射率n=。(2)如图乙,以O为圆心,作圆与OA、OO分别交于P、Q两点,过P、Q两点分别作法线NN的垂线,垂足分别为P、Q,则玻璃的折射率可以表示为n=。答案(1)sinisinr(2)PPQQ解析(1)根据折射定律得,n=sinisinr。(2)因为 sin i=PPR,sin r=QQR,所以n=sinisinr=PPQQ。3.如图所示,半圆形玻璃砖按图中实线位置放置,直边与BD重合。一束激光沿着半圆形玻璃砖的半径从圆弧面垂直BD射到圆心O点上。将玻璃砖绕O点逆时针缓慢地转过角度(90),观察到折射光斑和反射光斑在弧形屏上移动。(1)在玻璃砖转动过程中,以下说法正确的是;A.折射光斑在弧形屏上沿CFB方向移动B.折射光斑的亮度逐渐变暗C.折射角一定小于反射角D.反射光线转过的角度为(2)当玻璃砖转至=45时,恰好看不到折射光线,则此玻璃砖的折射率n=。答案(1)B(2)2解析(1)折射光斑在弧形屏上沿CD方向移动,A错误;随着入射角增大,反射光增强,而折射光减弱,故折射光斑的亮度逐渐变暗,B正确;根据折射定律可以知道,折射角一定大于入射角,而反射角等于入射角,则折射角一定大于反射角,C错误。根据反射定律和几何知识得知,玻璃砖转过角度,则反射光线转过角度为2,D错误。(2)当玻璃砖转至=45时,恰好看不到折射光线,恰好发生了全反射,则得临界角C=45,由临界角公式sin C=1n计算得出折射率n=2。4.“测定玻璃的折射率”实验中,白纸上放好玻璃砖,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,并依次插上大头针P3和P4。(1)(多选)在插P3和P4时,正确的操作是。A.使P3只挡住P2的像B.使P4只挡住P3的像C.使P3能同时挡住P2和P1的像D.使P4能同时挡住P3和P2、P1的像(2)如图,请将光路图补充完整,并在图中标出光线进入玻璃砖发生折射现象的入射角1和折射角2。(3)对入射角1和折射角2进行测量,根据折射率n=可计算得出玻璃的折射率答案(1)CD(2)见解析(3)sin1sin2解析(1)实验的过程中,要先在白纸上放好玻璃砖,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在玻璃砖另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,使P4挡住P3和P1、P2的像,故A、B错误,C、D正确;选C、D。(2)光路图及光线进入玻璃砖发生折射现象的入射角1和折射角2如图所示:(3)根据折射定律有n=sin1sin2。5.用圆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为两圆弧圆心,图中已画出经过P1、P2点的入射光线。(1)在图上补画出所需的光路。(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AB分界面上画出这两个角。(3)用所测物理量计算折射率的公式为n=。(4)为了保证在弧面CD得到出射光线,实验过程中,光线在弧面AB的入射角应适当(填“小一些”“无所谓”或“大一些”)。(5)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像,由图像可知该玻璃的折射率n=。答案(1)见解析(2)见解析(3)sinisinr(4)小一些(5)1.5解析(1)连接P3、P4与CD交于一点,此交点即光线从玻璃砖中射出的位置,由于P1、P2的连线与AB的交点即光线进入玻璃砖的位置,连接两交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AB上的入射点,画出入射角i和折射角r如图所示。(3)由折射定律可得n=sinisinr。(4)为了保证能在弧面CD上有出射光线,实验过程中,光线在弧面AB上的入射角应适当小一些,才不会使光线在CD面上发生全反射。(5)图线的斜率k=sinisinr=n,由题图乙可知图线的斜率为1.5,即该玻璃的折射率为1.5。
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