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重点突破探究光的折射定律实验中的几个要点 [复制链接]

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01实验步骤

1.桌面上铺一张白纸,把玻璃砖放在白纸上。

2.把激光沿纸面斜射向玻璃砖,观察人射前、进人玻璃砖中和射出玻璃砖的光线传播方向是否改变,其中发生了几次折射。

3.把玻璃砖的位置、射入玻璃砖的光线、射出玻璃砖的光线做好标记;然后把玻璃砖撤去,过入射点做出法线,用量角器量出入射角和折射角,记在表格中。同样过射出玻璃砖的点也做出法线,用量角器量出入射角和折射角,记在表格中。

4.改变射向玻璃砖的光线的方向,重复以上步骤两次。

5.让光逆着射出玻璃砖的方向射入,观察光线能否逆着原来入射光的方向射出。

6.让光垂直射向玻璃砖,观察光线传播的方向是否改变。

02考查要点

1.如果实验改为光从空气斜射入水中,则显示水中光路的做法:在水中添加牛奶等。

2.折射光线偏暗的原因:有部分光在界面处发生了反射。

3.在入射角相同时,不同介质中的折射角不同的原因:光在不同介质中的传播速度不同。

4.折射角的大小变化判断:入射角逐渐增大(或减小)时,折射角也随之增大(或减小),但变化幅度不相等。

03实验例题突破

1.在探究光的折射规律时,从水面上方看水中的物体变浅了,为了确定水中物体所成像的位置,某学习小组进行了如下探究:

(1)A.把一个防水小灯泡a放在水中某处,观察灯泡所成像的位置;

B.将另一个相同的小灯泡b放在水面上方,调整其位置,使它的像与___________重合;

C.用刻度尺测量灯泡b到水面的距离即为a的像到水面的距离;

(2)测量时,把刻度尺的零刻度线对准灯泡b,水面处对应的刻度如图所示,则灯泡b到水面的距离为___________cm;

(3)灯泡a的像到水面的距离与灯泡b到水面的距离一定相等,依据是___________;

(4)测量时,如果直接将刻度尺竖直插入水中,使看到的零刻度线与灯泡a的像重合,则刻度尺在水面处的示数表示___________(选填“a到水面的距离”或“a的像到水面的距离”);

(5)某小组实验时,每次都从灯泡a的正上方观察,测得灯泡a到水面的距离u和灯泡a的像到水面的距离v的对应关系如下表所示:

根据表中数据,请在图乙坐标系中描点作出v-u的关系图线___________。由图线可知,v和u的定量关系是v=0.75u;

(6)根据上面的实验结果,看起来1.2m深的水坑,其实际深度可达___________m,因此看起来不太深的水也不能贸然下去,以免危险!

a得像8.12像与物到镜面距离相等a到水面的距离见解析1.6

(1)[1]为确定防水小灯泡a放在水中某处成像的位置,根据等效替代法,通过观察灯泡b所成像的位置,与a的像重合。

(2)[2]根据图甲可知,灯泡b到水面的距离为8.12cm。

(3)[3]因为平面镜成正立、等大的虚像,并且像到平面镜的距离和物到平面镜的距离相等,所以灯泡a的像到水面的距离与灯泡b到水面的距离一定相等。

(4)[4]测量时,如果直接将刻度尺竖直插入水中,使看到的零刻度线与灯泡a的像重合,考虑到光的折射,则刻度尺的零刻度线在灯泡a的位置,故刻度尺在水面处的示数表示灯泡a的深度,即a到水面的距离。

(5)[5]根据表中数据在图乙中描点,并用直线连接起来,如下图所示:

(6)[6]根据v=0.75u。当v=1.2m时,u=1.6m,因此看起来不太深的水也不能贸然下去,以免危险!

2.小王在实验室做“探究光的折射规律”实验,请帮他完成以下探究:

(1)为了更清晰地观察水中的光路,可以采用的办法是:________;

(2)随着入射角的增大,小王发现,折射光线消失了,而反射光线变得跟入射光线一样亮(如图所示)。老师告诉小王,这种现象在物理学中叫作“全反射”,并让小王将每次实验的数据及观察到的现象记录下来,并查阅相关资料,制成了以下表格。

①光从水斜射向空气时,反射能量随入射角的增大而________,当入射角i≥________°时,反射能量达到%,此时发生全反射;

②根据光路可逆,当光从空气斜射向水时,________发生全反射(选填“能”或“不能”),原因是________。

在水中加几滴牛奶增大41.8不能光从空气斜射入水中时,折射角小于入射角

(1)[1]水透明性能较好,没有反射光线的物质,我们不能看到光的传播路径,可以稍微增大水的浑浊程度,可在水中加几滴牛奶。

(2)①[2][3]由表中数据,光从水斜射向空气时,反射能量随入射角的增大而增大,当入射角i≥41.8°时,反射能量达到%,此时发生全反射。

②[4][5]根据光路可逆,当光从空气斜射向水时,不能发生全反射;原因是:光从空气斜射入水中时,折射角小于入射角。

3.小华偶然间整直向下看到放在玻璃砖下面的字发生了错位。

(1)他想光斜射时才发生偏折,才会出现“池底变浅”的现象,那么光在垂直入射时,光线不再偏折,还会有“池底变浅”的现象吗?上述过程在科学探究中做___________(选填“设计实验”“提出问题”或“分析论证”)。

(2)①联想到“平面镜成像”找像位置的方法,于是他按如图所示将玻璃砖紧贴物体摆放在水平桌面上的一张白纸上,标记出物体的位置。按照图乙的方式沿水平方向观察物体(观察盒上的条形码)。当看到物体经玻璃砖成的像时,前后移动小卡片,使小卡片与像在同一个平面上,将小卡片此时的位置标记在白纸上,这样就找到了放置一块玻璃砖时___________的位置。

②随后,他将玻璃砖离开物体向观察者移动一小段距离后进行观察,发现像的位置不变,说明玻璃砖与物体的距离___________影响成像位置(选填“会”或“不会”)。

(3)为了观察不同厚度玻璃的成像情况,他将第二块相同玻璃砖紧贴在第一块后面,如图丙所示,观察并记录像的位置;他再将第三块相同玻璃砖紧贴在前两块后面,如图丁所示,观察并记录像的位置。记录数

①分析图的数据可知,用一块玻璃砖观察时,像与物体的距离是___________cm;

②三次实验都说明了光在垂直入射时,像的位置会___________观察者(选填“靠近”或“远离”)。

(4)从图的实验数据还可以得出:玻璃的厚度越厚,像与物的距离越___________。

(5)从以上探究可知,从竖直方向看到的池底比它的实际位置___________(选填“浅”或“深”)。

提出问题像不会2.13远离大深

(1)[1]光在垂直入射时,光线不再偏折,还会有“池底变浅”的现象吗?这是在提出问题,所以该过程在科学探究中属于提出问题。

(2)①[2]当看到物体经玻璃砖成的像时,前后移动小卡片,使小卡片与像在同一个平面上,将小卡片此时的位置标记在白纸上,这样用小卡片的位置代替了像的位置,所以找到了放置一块玻璃砖是像的位置。

②[3]移动玻璃砖,像的位置不变,说明玻璃砖与物体的距离不会影响成像位置。

(3)①[4]由图中的数据可知,用一块玻璃砖观察时,像与物体的距离是2.13cm。

②由三次实验数据可知,光在垂直入射时,像距越来越大,与观察者的距离变大,说明像的位置会远离观察者。

(4)从图示的实验数据还可以得出:随着玻璃砖厚度的增加,像距增加的更多,说明玻璃的厚度越厚,像与物体之间的距离越大。

(5)从以上探究可知,从竖直方向看,由于光不会发生折射,所以看到的池底比它的实际位置深。

4.小明为探究光的折射规律设计了下面两个实验装置:

(一)如图甲所示的实验装置,其中光屏F可绕直径NOM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上可以看到折射后的光束,这说明折射光线和入射光线位于法线________;小明将光屏F向后折转一定角度后,在光屏F上不能看到折射光,说明折射光线和入射光线________(选填“在”或“不在”)同一平面内;

(2)小明将光屏F恢复原状,保持入射光不动,继续加水,会看到杯底的亮斑B向________(选填“左”、“右”或“上”)移动;

(3)小明继续用另一只激光笔让光沿着BO射向水面时,可看到折射光沿OA射出,这说明________。

(二)小明让一束光强不变的激光从某玻璃斜射向空气(如图乙、丙),不断调整入射角,通过实验得到如表格:

(4)光的折射现象一般都会伴随着反射现象的发生,当入射角增大时,折射角________;折射光线的能量________(选填“增大”、“减小”或“不变”);

(5)当入射角α≥41.8°时,折射光消失,反射光会变得更亮,即发生光的全反射现象。图像丁中的图线________(选填“a”或“b”)反映了上述实验中的两角关系;

(6)通过对实验数据的分析特点可知,如果光从空气射向玻璃,________(选填“能”或“不能”)发生全反射现象。

两侧在左在光的折射现象中,光路是可逆的增大减小a不能

(1)[1][2]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上可以看到折射后的光束,这说明折射光线和入射光线位于法线两侧;当F板向后折转一定的角度后,则呈现折射光线的F板和呈现入射光线的E板不在同一平面内,所以在F板上不能看到折射光,但此时折射光线和入射光线在同一平面内。

(2)[3]若杯中的水增多,如图所示:

可见,当水增多时,液面升高,入射角不变,折射角也不变,入射点向左移,则杯底亮斑也会向左移动。

(3)[4]小明继续用另一只激光笔让光线沿着BO射向水面时,可看到折射光线沿OA射出,这说明:在光的折射现象中,光路是可逆的。

(4)[5][6]由表中数据可知:当入射角增大时,折射角也随着增大,反射光线能量增大,则折射光线的能量减小。

(5)[7]由表格数据可知:折射角随着入射角的增大而增大,但折射角总大于入射角,而图b中,当入射角等于45°时,折射角也等于45°,a图像中的折射角始终大于入射角,因此图a反映了实验中折射角与入射角的关系。

(6)[8]由表中数据分析可得出结论,要发生全反射,入射角要小于折射角,若光从空气斜射向玻璃,由于入射角大于折射角,不能发生全反射现象。

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