高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題56 測定玻璃的折射率講含解析1

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1、 專題56 測定玻璃的折射率(講) 本章考查的熱點(diǎn)有簡諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及圖象、波的圖象以及波長、波速、頻率的關(guān)系,光的折射和全反射,題型以選擇題和填空題為主,難度中等偏下,波動(dòng)與振動(dòng)的綜合及光的折射與全反射的綜合,有的考區(qū)也以計(jì)算題的形式考查. 復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)注意理解振動(dòng)過程中回復(fù)力、位移、速度、加速度等各物理量的變化規(guī)律、振動(dòng)與波動(dòng)的關(guān)系及兩個(gè)圖象的物理意義,注意圖象在空間和時(shí)間上的周期性,分析幾何光學(xué)中的折射、全反射和臨界角問題時(shí),應(yīng)注意與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系,作出正確的光路圖;光和相對(duì)論部分,以考查基本概念及對(duì)規(guī)律的簡單理解為主,不可忽視任何一個(gè)知識(shí)點(diǎn). 1.學(xué)會(huì)用插針法確定光路.

2、2.會(huì)用玻璃磚和光的折射定律測定玻璃的折射率. 1.實(shí)驗(yàn)原理 如原理圖甲所示,當(dāng)光線AO1以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時(shí),通過插針法找出跟入射光線AO1對(duì)應(yīng)的出射光線O2B,從而求出折射光線O1O2和折射角θ2,再根據(jù)或算出玻璃的折射率. 2.實(shí)驗(yàn)器材 木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆. 3.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)用圖釘把白紙固定在木板上. (2)在白紙上畫一條直線aa′,并取aa′上的一點(diǎn)O為入射點(diǎn),作過O點(diǎn)的法線NN′. (3)畫出線段AO作為入射光線,并在AO上插上P1、P2兩根大頭針. (4)在白紙上放上玻璃磚,使玻璃磚的一條長邊與直

3、線aa′對(duì)齊,并畫出另一條長邊的對(duì)齊線bb′. (5)眼睛在bb′的一側(cè)透過玻璃磚觀察兩個(gè)大頭針并調(diào)整視線方向,使P1的像被P2的像擋住,然后在眼睛這一側(cè)插上大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像,再插上P4,使P4擋住P3和P1、P2的像. (6)移去玻璃磚,拔去大頭針,由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線O′B及出射點(diǎn)O′,連接O、O′得線段OO′. (7)用量角器測量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2. (8)改變?nèi)肷浣?,重?fù)實(shí)驗(yàn),算出不同入射角時(shí)的,并取平均值. ★重點(diǎn)歸納★ 1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 (1)計(jì)算法:用量角器測量入射角θ1和折射角θ2,

4、并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角時(shí)的,并取平均值. (2)作sinθ1-sinθ2圖象:改變不同的入射角θ1,測出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2圖象,由可知圖象應(yīng)為直線,如實(shí)驗(yàn)原理圖乙所示,其斜率為折射率. (3)“單位圓”法確定sinθ1、sinθ2,計(jì)算折射率n. 以入射點(diǎn)O為圓心,以一定的長度R為半徑畫圓,交入射光線OA于E點(diǎn),交折射光線OO′于E′點(diǎn),過E作NN′的垂線EH,過E′作NN′的垂線E′H′.如實(shí)驗(yàn)原理圖丙所示,.只要用刻度尺量出EH、E′H′的長度就可以求出n. 2.注意事項(xiàng) (1)用手拿玻璃磚時(shí),手只能接觸玻璃磚的毛面或棱,不能

5、觸摸光潔的光學(xué)面,嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)尺子畫玻璃磚的另一邊bb′. (2)實(shí)驗(yàn)過程中,玻璃磚在紙上的位置不可移動(dòng). (3)大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上,且玻璃磚每兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)大一點(diǎn),以減小確定光路方向時(shí)造成的誤差. (4)實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角不宜過小,否則會(huì)使測量誤差過大,也不宜過大,否則在bb′一側(cè)將看不到P1、P2的像. ★典型案例★兩位同學(xué)用兩面平行的玻璃磚做“測玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)。 (1)甲同學(xué)在量入射角和折射角時(shí),由于沒有量角器,在完成了光路圖以后,以O(shè)點(diǎn)為圓心,OA為半徑畫圓,交OOˊ(法線)延長線于C點(diǎn),過A點(diǎn)和C點(diǎn)作垂直O(jiān)Oˊ的線段分別交于B點(diǎn)和D點(diǎn),如

6、圖所示。測量有關(guān)線段長度,可得玻璃的折射率n= 。(用圖中線段表示) (2)乙同學(xué)在畫界面時(shí),不小心將兩界面ab和cd間距畫得比玻璃磚寬度大些,下界面與實(shí)際相同,如圖所示。若操作無誤,則他測得的折射率比真實(shí)值 (選填“偏大”、“偏小”或“不變”)。 【答案】(1); (2)偏小 (2)用插針法“測定玻璃磚折射率”的實(shí)驗(yàn)原理是折射定律,如左圖所示,實(shí)線表示玻璃磚向上平移后實(shí)際的光路圖,虛線表示作圖光路圖,由圖看出,畫圖時(shí)的入射角、折射角與實(shí)際的入射角、折射角相等,由折射定律可知,測出的折射率沒有變化.即甲測出的n值將不變.乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚,只要操作正確,測量結(jié)果與玻璃磚形狀無關(guān)

7、; 兩同學(xué)畫出的ab和cd都比實(shí)際側(cè)面向外側(cè)平移了一些,但在畫光路圖時(shí),將入射點(diǎn)、出射點(diǎn)分別確定在ab、cd上,如圖,實(shí)線表示實(shí)際的光路圖,虛線表示乙同學(xué)畫圖時(shí)光路圖,入射角測量沒有誤差,而折射角偏大,則根據(jù)折射定律得知,測出的折射率n將偏?。? 【名師點(diǎn)睛】本題是插針法測定玻璃磚的折射率,實(shí)驗(yàn)原理是折射定律,采用單位圓法處理數(shù)據(jù),根據(jù)原理分析實(shí)驗(yàn)誤差. ★針對(duì)練習(xí)1★一底面半徑為R的半圓柱形透明體的折射率為n=,橫截面如圖所示,O表示半圓柱形截面的圓心.一束極窄的光線在橫截面內(nèi)從AOB邊上的極靠近A點(diǎn)處以60的入射角入射,已知真空中的光速為c.求: (1)光在透明體中的傳播速度

8、; (2)光線在極靠近A點(diǎn)處進(jìn)入透明體后的折射角 (3)該光線從射入透明體到第一次射出透明體時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間. 【答案】(1)(2)30(3) (3)設(shè)此透明物體的臨界角為C,依題意有: 經(jīng)作圖,光線在C、D處均發(fā)生全反射,由幾何關(guān)系得,在透明體內(nèi)的路徑長為:s=3R 經(jīng)歷的時(shí)間為: 【名師點(diǎn)睛】此題是對(duì)光的折射定律及全反射問題的考查;畫出光路圖是基礎(chǔ),判斷能否發(fā)生全反射是關(guān)鍵.運(yùn)用幾何知識(shí)求出光線在透明體通過的總路程。 ★針對(duì)練習(xí)2★如圖甲所示是由透明材料制成的半圓柱體,一束細(xì)光束由真空沿著徑向與AB成θ角射入后對(duì)射出的折射光線的強(qiáng)度進(jìn)行記錄,發(fā)現(xiàn)它隨著θ角的變化而變化,變

9、化關(guān)系如圖乙所示,如圖丙所示是這種材料制成的玻璃磚,左側(cè)是半徑為R的半圓,右側(cè)是長為4R,寬為2R的長方形,一束單色光從左側(cè)A’點(diǎn)沿半徑方向與長邊成450角射入玻璃磚,求: (1)該透明材料的折射率; (2)光線在玻璃磚中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間;(光在空氣中的傳播速度為c) 【答案】(1)② (2)因?yàn)榕R界角是45,光線在玻璃磚中剛好發(fā)生5次全反射,光路圖如圖所示,則光程為:,光在器具中的傳播速度為: 光在器具中的傳播時(shí)間:; 【名師點(diǎn)睛】解決本題關(guān)鍵要理解全反射現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件,并掌握臨界角公式,同時(shí)注意光在器具中的傳播速度與光在真空中傳播速度的不同。 - 5 -

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