新教科版物理选修3

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1、小专题研究（五）测定水的折射率的四种方法ZHUANTIJIFAZHIDAO1 .成像法原理：利用水面的反射成像和水面的折射成像。方法：如图所示，在一盛满水的烧杯中，紧挨杯口竖直插一直尺，在直尺的对面观察 水面，能同时看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若从点P看到直尺在水下最低 点的刻度B的像B（折射成像）恰好跟直尺在水面上刻度A的像A（反射成像）重合，读出 AC、BC的长，量出烧杯内径么即可求出水的折射率：孩=Y（BC2+d2）/（AC2+d2）2. 插针法原理：利用光的折射定律。方法：如图所示，取一方木板，在板上画出互相垂直的两条线AB、，从它们的交 点O处画直线必（使ZPON45），

2、在直线OP上P、Q两点竖直插两枚大头针。把木板竖 直插入水中，使AB与水面相平，MN与水面垂直。在水面上观察，调整视线使P的像被Q 的像挡住，再在木板S、T处各插一枚大针，使S挡住Q、P的像，T挡住S及Q、P的像。 从水中取出木板，画出直线，量出图中的角i、,，则水的折射率n=sini/sinr。3. 视深法原理：利用视深公式h=h/no方法：在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆，在水面上方吊一根针，如图所示。调节针的 位置，直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合，测出针尖距水面距离即为杯中水的视深h， 再测出水的实际深度h，则水的折射率n=h/h。4. 全反射法原理：利用全反射现象。方法：在一盛满水的大

3、玻璃缸下面放一发光电珠，如图所示。在水面上观察，看到一 圆的发光面，量出发光面直径D及水深队则水的折射率n= ；D2；4h2例证如图所示，在水面上放置一个足够大的遮光板，板上有一个半径为尸的圆孔， 圆心的正上方h处放一个点光源，在水面下深H处的底部形成半径为R的圆形光亮区域(图 中未画出)。测得r=8 cm，h=6 cm，H=24 cm，R=26 cm，求水的折射率。解析根据光路图，可知sin 0=。8,R-r1 ：r2 + h2Sin 侦成R-r)2+H2 = 6由折射定律得：婴与得n = 4Sin 03答案31. 学校开展研究性学习，某研究性学习小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量

4、液体折射率的仪器，如图所示。在一个圆形木 盘上过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、时，在半径OA上垂直圆盘面插下两枚大头 针P2,并保持P】、乌的位置不变，每次测量时，让圆盘的BFC部分竖直进入液体中， 而且总使得液面与直径BC相平，EF为界面的法线，而后在图中右上方区域观察与、P2 的像，并在圆周上插上大头针P3,使P3正好挡住七、P2。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：(1)若ZAOF=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值大?(3)作A

5、O的延长线交圆周于K, K处所对应的折射率的值应为。解析：(以=疆=，3.(2) P4对成的入射角大，所以折射率大.(3) 当在K位置时，入射角与折射角相等，所以折射率等于1.答案：(1)后(2)P4 (3)12. 个圆柱形筒，直径12 cm,高16 cm,人眼在筒侧上方某处观察，所见筒侧的深 度为9 cm。当筒中装满液体时，则人眼又恰能看到筒侧的最低点。求：(1) 此液体的折射率。(2) 光在此液体中的传播速度。解析：先画出一圆柱形筒，筒高为H= 16 cm，直径d=12 cm.人眼在A处，简侧底部“最低点”为B，筒内无液体时，人眼能见深度h = 9 cm.筒内盛满液体时，人眼看到B点. 根

6、据光的折射画出光路如图所示。人眼d(1) sin i -,-.jd2+h2dsin r=,=d2+H2此液体的折射率n =零=，竺2 = 4 sin r 、： d2 + h2 3(2) 光在此液体中的传播速度v = c = 2.25X 108 m/sn答案：(1)4 (2)2.25X108 m/s阶段质量检测一、选择题供8小题，每小题6分，共48分。第15小题只有一个选项正确，第6 8小题有多个选项正确，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的不得分)1.某广场在夜间打开了音乐喷泉，在喷水池中同一深度排列着四个不同颜色的射灯。如果从水面上方垂直俯视各灯，感觉最浅的是（）A. 红灯B-黄灯。

7、绿灯D.紫灯解析：选D当垂直俯视时，视深公式为h=&H为实际深度，n为折射率，由于紫 nn光在水中的折射率最大，所以紫光的视深最浅，D正确，A、B、C错误.2光线由某种介质射向与空气的分界面，当入射角大于45时折射光线消失，由此可 断定这种介质的折射率是（）2A. n= 2B. n=21C. n2D. n2解析：选B入射角大于45时折射光线消失，即这种介质的临界角。=45,所以n =1sin C3. 如图中，一束平行单色光从真空垂直射入折射率为2、半径为R的半球形玻璃体，则 从右侧向左看（）A. 半球表面都发光B. 半球表面无光线射出Rc.半球表面中央有截面半径为2的圆亮斑2D.半球表面中央有

8、截面半径为辛R的圆亮斑2解析：选C光线在球的弧面发生折射，连接圆心和入射点，根据公式sin C = 1可得, nsin C = 1，故可得当距离圆心1r以外的光线在弧面上发生全反射，从右侧将看不到光线，22所以半球表面中央有截面半径为板的圆亮斑，故C正确。4. 空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n=15的玻璃全反射棱镜。如图所示为两棱镜的四种放置方式的示意图，其中能产生图效果的是（）解析：选B四个选项产生光路效果如图所示。3U.ABCD则可知B项正确。5 .如图所示，一束光射到透明介质的4点，入射角为1，则（）A. 当i足够大时

9、，在A点将发生全反射B. 当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射C. 无论i多大，在A点都不会发生全反射D. 无论i多大，光从球内向外射出时都会发生全反射解析：选C光从光密介质射向光疏介质才有可能发生全反射，因此光 在A点由空气进入介质时，肯定不能发生全反射。画出完整光路图，如图所 示，由图可知A点的入射角i与B、D点的折射角始终相等。假设B点刚好发生全反射，则光将沿圆切线方向射出。那么A点光也沿切线方向传播，根本不会进入球 内，这与假设矛盾 所以，当光进入球内，则一定会从球内射出，一定不会发生全反射。故 C正确。6下述现象中由全反射造成的是（）A. 露珠或喷泉的水珠，在阳光的照耀下格外

10、耀眼B. 沙漠中的海市蜃楼C. 用光导纤维传输图像信号D. 插在水中的筷子看起来向上折了解析：选ABC水珠看起来格外耀眼、海市蜃楼等现象都属于全反射现象，故A、B 正确；光导纤维传输信号的原理是全反射原理，故C正确；筷子在水中看起来向上折了是 光的折射现象，故D错。7 .玻璃砖横截面如图所示，其中ABC为直角三角形（AC边未画出），AB为直角边， NABC=45。ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中点。此玻璃的折射率为1.5。P为一贴 近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直 射入玻璃砖，则（）A. 从BC边折射出一束宽度与BC边长度相等的平行光B. 屏上

11、有一亮区，其宽度小于AB边的长度C. 屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度D. 当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大解析：选BD宽为AB的平行光进入到玻，中直接射到BC面，入射角为45 临界角 0= arcsin 3, 所以在BC面上发生全反射仍然以宽度大小为AB长度的竖直向下的平行光射 到ADC上。画出光路图如图所示，可以知道以AD折时后的光向右偏折，经DC折射后的光向左偏折。当向下移动光屏时，屏上亮区先逐渐减小嘴后逐渐增大。故B、D均正确。8. 如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为尸，外圆半径为R，R=%。现有一束单色光垂直于水平端面A

12、射入透明柱体，只经过两次全反射就 垂直于水平端面B射出。设透明柱体的折射率为，光在透明柱体内传播的时间为I，若真空中的光速为&则（）A. n可能为寸3B. n可能为2C. t可能为*D. t可能为平解析：选AB根据题意可画出光路图如图所示，则两次全反射的的入射角均为45 ,度v-所以全反射的临界角CW,折射率nN鑫-，2 , A. B均正确；光在介质中的传播速 ，所以传播时间弋N4*C.D均错误.二、非选择题（共4小题，共52分，按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、 方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位）9. （10分）如图所示是用某种透光物质制成的直角三棱镜A8C；在垂直 AC面

13、的直线MN上插两枚大头针PP2，在AB面的左侧透过棱镜观察大 头针 P2的像，调整视线方向，直到P1的 ，再在观察的这一 侧先后插入两枚大头针P3、P4，使P3，P4，记下P3、P4的位置，移去大头针和三棱镜，过P3、P4作直线与AB面相交于D，量出 该直线与AB面的夹角为45,则该透光物质的折射率n=，并在图中正确地画出 完整的光路图。解析：折射率的测定原理是依据折射定律n-零当，利用插针法将光2在介质中的传播路线确定，从而测出相应的入射角气和折射角气，求解出n值而插针便是利用它挡住物体（大头针）的像，用P挡住P、P的312像是为了确定入射光线用P挡住P和P、P的像是为了确定出射光线。431

14、2由题给条件可画出如图所示的完整光路图，且0 - 45 , 6 - 30所以n - 蚂-既票12sin 02 sin 30-也2- ;2-1/22。答案：被P2的像挡住 挡住PP2的像 挡住P3和PP2的像 扬 光路图见解析 图10. （8分）如图所示，激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光AO 以入射角i照射到液面上，反射光OB射到水平的光屏上，屏上用光电管 匕/ 将光讯号转变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面的高度。如果”发现光点B在屏上向右移动了悚的距离到B，由此可知液面（填升高”或“降低）了。解析：如所示，光点右移是液面降低造成的，由几何知识得an i=警步推导得h=就-答案：降

15、低2tan i11. （16分）如图所示，一玻璃球体的半径为R, O为球心，AB为直径。来自B点的光 线BM在M点射出，出射光线平行于4B,另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知Z ABM=30, 求（1）玻璃的折射率。（2）球心O到BN的距离。解析：（1）设光线BM在M点的入射角为i，折射角为尸，由几何知识可知，i = 30 ,sin r= 60，根据折射定律得n = sini代入数据得n = V3。（2）光线BN恰好在N点发生全反射，则ZBNO为临界角Csin C = n设球心到BN的距离为d，由几何知识可知d = Rsin C联立式得d = #R.3答案：（1） ,：3茶R 312. （18分）一赛艇停在平静的水面上，赛艇前端有一标记P离水面的高度为勾=0.6 m,