1.小明同学为探究光的折射规律设计了如图所示的实验装置,在玻璃水槽中竖直放置的光屏由E和F两个半圆形光屏组成,其竖直方向的直径NOM为两半圆屏的分界线,其中光屏F可绕直径NOM在水平方向前后折转。
(1)实验时,先让光屏E、F位于同一平面内,一束激光贴着光屏E从空气斜射入水中,在光屏F上________(选填“能”或“不能”)看到折射后的光束;小明将光屏F向后折转一定角度后,则在光屏F上________(选填“能”或“不能”)看到折射光线,这说明折射光线和入射光线______(选填“在”或“不在”)同一平面内。
(2)小明探究光从水射向空气折射角与入射角的关系时,测得的数据如下表所示。由表中数据可知,光从水斜射入空气中时,折射角________(选填“大于”“等于”或“小于”)入射角。
入射角 22° 32° 41°
折射角 30° 45° 60°
解析:(1)先让光屏E、F位于同一平面内,一束激光贴着光屏E从空气斜射入水中,在光屏F上能看到折射后的光束;当光屏F向后折转一定的角度后,则呈现折射光线的光屏F和呈现入射光线的光屏E不在同一平面内,所以在光屏F上不能看到折射光线,这说明折射光线和入射光线在同一平面内。
(2)分析表格数据可知,光从水斜射入空气时,折射角大于入射角,且入射角增大时,折射角也增大。
答案:(1)能 不能 在 (2)大于
2.(2022·山东泰安模拟)动手做实验可让学生们提高对物理实验的理解和应用能力。如图所示,一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率,请填写下述实验步骤中的空白。
(1)用刻度尺测出广口瓶瓶口内径d。
(2)在瓶内装满水。
(3)将刻度尺沿瓶口边缘竖直插入水中。
(4)沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去,若恰能看到刻度尺的0刻度(即图中A点),同时看到水面上B点刻度的像B′恰与A点的像重合。如图,若水面恰与直尺的C点相平,则________和________分别等于入射角和折射角。
(5)读出________和________的长度。
(6)由题中所给条件和前面步骤得到的数据,可以计算水的折射率n=________。
解析:(4)从A点发出的光线经折射后进入眼睛,所以∠OAC等于入射角,∠OB′C(或∠OBC)等于折射角。
(5)若水面恰与直尺C点相平,读出AC和AB(或BC)的长度。
(6)设从A点发出的光线射到水面时入射角为i,折射角为r,根据数学知识得
sin i=,sin r=
则折射率为n=
根据对称性有B′C=BC
联立得n= 或 。
答案: (4)∠OAC ∠OB′C(或∠OBC)
(5)AC AB(或BC)
(6) (或)
3.(2022·辽宁沈阳模拟)做“测量玻璃的折射率”实验时,同学们被分成若干实验小组,以下是其中两个实验小组的实验情况。
(1)甲组同学在实验时,用他们测得的多组入射角i与折射角r作出sin isin r图像如图甲所示,则下列判断正确的是________。
A.光线是从空气射入玻璃的
B.光线是从玻璃射入空气的
C.该玻璃的折射率约为0.67
D.该玻璃的折射率约为1.5
(2)乙组同学先画出图乙所示的坐标系,再在y<0区域放入某介质(以x轴为界面),并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点,它们的坐标分别为A
(8 cm,3 cm)、B(1 cm,-4 cm)、C(7 cm,-4 cm),则:
①入射点O′(图中未标出)的坐标为____________;
②通过图中数据可以求得该介质的折射率n=________。
解析:(1)因为入射角大于折射角,所以光线由空气进入玻璃,A正确,B错误;根据折射定律得n==≈1.5,C错误,D正确。
(2) ①入射光线与反射光线关于法线对称,所以B点在入射光线上,C点在反射光线上,入射点坐标为(4 cm,0)。
②入射角的正弦值为sin i=,折射角的正弦值为sin r=,根据折射定律得n==。
答案:(1)AD (2)①(4 cm,0) ②
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