新教材粵教版選擇性必修第一冊(cè)測(cè)定介質(zhì)的折射率學(xué)案

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .測(cè)量玻璃的折射率。2 .學(xué)習(xí)用插針法確定光路。二、實(shí)驗(yàn)器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、刻度尺、量角器、鉛筆。三、實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)當(dāng)光從空氣射入玻璃時(shí)，根據(jù)折射定律 血=n,測(cè)出入射角i和折射角%就可計(jì)算出sin 丫玻璃的折射率。如下圖，透過玻璃磚觀察大頭針Pi、P2,調(diào)整視線方向，直到 P2的像擋住Pi的像。再在觀察者同一側(cè)依次插入大頭針P3、P4,使P3擋住Pi、P2的像，P4擋住P3和Pi、P2的像。這樣，Pi、P2以及P3、P4的連線分別代表入射光和經(jīng)玻璃磚折射后射出的光，由此便可畫 出光路圖并測(cè)出入射角和折射角。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .把白紙固定在木板上，再將玻璃磚放在

2、白紙上。用鉛筆描出界面aa'、bb',利用兩枚大頭針確定入射光的方向。如圖（a）所示2 .用兩枚大頭針在玻璃磚的另一側(cè)確定出射光的方向。如圖（b）所示3 .取走玻璃磚，根據(jù)入射光和出射光的方向確定入射點(diǎn)O和出射點(diǎn)E,連接OE即為玻璃磚內(nèi)部的折射光。畫出過入射點(diǎn)O的法線NN '。如圖（c）所示4 .根據(jù)畫出的光路圖測(cè)量入射角i、折射角填入設(shè)計(jì)的表格中。計(jì)算玻璃的折射率sin i n = c; ° sin 丫5 .重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟屢次，最后求出玻璃折射率的平均值。五、數(shù)據(jù)處理1 .計(jì)算法：通過測(cè)量入射角和折射角，然后查數(shù)學(xué)用表，得出入射角和折射角的正弦值，再代入n

3、 = in-L中求屢次不同入射角時(shí) n的值，然后取其平均值，即為玻璃磚的折射率。 sin 丫2 .圖像法：求出多組對(duì)應(yīng)的入射角與折射角的正弦值，作出sin i-sin 丫圖像，由門=贄可知圖像應(yīng)為直線，如下圖，其斜率為折射率。3 .單位圓法：在不使用量角器的情況下，可以用畫單位圓法。（i）以入射點(diǎn)O為圓心，以一定長度 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 ',如下圖。EHE' H'(2)由圖中關(guān)系知 sin i=OE, sin 尸匕。

4、)，OE=OE' =R那么n =Sin-L= EH ,只要用刻度尺測(cè)出 EH、E' H'的長度就可以求出 n。 sin 丫 E H六、考前須知1 .實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且大頭針之間及大頭針與光線轉(zhuǎn)折點(diǎn)之間 的距離要稍大一些。2 .入射角i應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測(cè)量角度的誤差，但入射角不宜太大。3 .在操作時(shí)，手不能觸摸玻璃磚的光潔面。更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線。4 .在實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚與白紙的相對(duì)位置不能改變。5 .玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在 5 cm以上。假設(shè)寬度太小，那么測(cè)量誤差較大。七、實(shí)驗(yàn)誤差1 .入射光線和出射光線畫得不夠精確。因此，要求

5、插大頭針時(shí)兩大頭針間距應(yīng)稍大。2 .入射角、折射角測(cè)量不精確。為減小測(cè)量角時(shí)的相對(duì)誤差，入射角要稍大些，但不 宜太大，入射角太大時(shí)，反射光較強(qiáng)，折射光會(huì)相對(duì)較弱。一、實(shí)驗(yàn)原理與操作例題1 (1)幾位同學(xué)做“用插針法測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，如下圖的直線aa'、bb'表示在白紙上畫出的玻璃磚的兩個(gè)界面。幾位同學(xué)進(jìn)行了如下操作：A.甲同學(xué)選定的玻璃磚兩個(gè)光學(xué)面aa'與bb'不平行，其他操作正確B.乙同學(xué)在白紙上正確畫出平行玻璃磚的兩個(gè)界面aa'和bb'后，將玻璃磚向 aa '方向平移了少許，其他操作正確C.丙同學(xué)在白紙上畫aa'、bb&#

6、39;兩界面時(shí)，其間距比平行玻璃磚兩光學(xué)面的間距稍微大些，其他操作正確上述幾位同學(xué)的操作，對(duì)玻璃折射率的測(cè)定結(jié)果沒有影響的是 (填寫選項(xiàng)前的 字母)。(2)在用插針法測(cè)玻璃磚折射率的實(shí)3中，已確定好入射方向AO,插了兩枚大頭針 Pi和P2,如下圖(是三條直線)。在以后的操作說法中你認(rèn)為正確的選項(xiàng)是 。A.在bb'側(cè)調(diào)整觀察視線，另兩枚大頭針P3和P4可能插在線上B.保持O點(diǎn)不動(dòng)，減小入射角，在 bb'側(cè)調(diào)整觀察視線，另兩枚大頭針P3和P4可能插在線上C.保持O點(diǎn)不動(dòng)，增大入射角，在 bb'側(cè)調(diào)整觀察視線，另兩枚大頭針P3和P4可能插在線上解析(1)甲同學(xué)選定的玻璃磚兩個(gè)

7、光學(xué)面 aa和bb不平行，不會(huì)影響入射角和折射角 確實(shí)定；乙同學(xué)將玻璃磚向 aa方向平移了少許，直線 aa'、bb之間的距離仍然等于玻璃磚 的厚度，入射角和折射角的大小不變；丙同學(xué)在白紙上畫aa'和bb'間距比平行玻璃磚兩光學(xué)面的間距稍微大些，使畫出的入射點(diǎn)向左移，出射點(diǎn)向右移，所畫的折射角比實(shí)際值大, 算得的折射率將偏小。(2)由折射定律得知，光線通過平行玻璃磚后向一側(cè)發(fā)生側(cè)移，由于光線在上外表折射時(shí)，折射角小于入射角，那么出射光線向一側(cè)偏移，如下圖，故另兩枚大頭針P3和P4不可能插在線上，故A錯(cuò)誤；假設(shè)保持 O點(diǎn)不動(dòng)，減小入射角，折射角也減小，另外兩 枚大頭針P3和

8、P4可能插在 線上，故B正確，C錯(cuò)誤。答案(1)AB(2)B針對(duì)訓(xùn)練由于實(shí)驗(yàn)室中矩形玻璃磚的數(shù)量不夠，局部同學(xué)需改用直角三棱鏡做“測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：a.如下圖，先在一張白紙上畫出相互垂直的直線ab、a' b'作為三棱鏡的兩個(gè)界面，并在直線上標(biāo)出點(diǎn)O;b.標(biāo)出P3、P4的位置；c.將三棱鏡放在白紙上，使短邊跟ab對(duì)齊，長邊跟a' b'對(duì)齊；d.在長邊a' b'的外側(cè)透過三棱鏡觀察大頭針Pi、P2的像，調(diào)整視線方向，直到Pi的像完全被P2的像擋住；e.在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住Pi、P2的像，P4擋住P3和Pi

9、、P2的像;f.過O點(diǎn)作一垂直ab的線段OA,在OA上垂直紙面插兩枚大頭針Pi、P2；g.移去三棱鏡和大頭針，連接P3P4交a' b'于O'點(diǎn)，過O'點(diǎn)作與a' b'垂直的直線MN ;h .作光路圖，計(jì)算折射率 no(i)正確的實(shí)驗(yàn)步驟順序?yàn)?;(2)請(qǐng)?jiān)趫D中畫出準(zhǔn)確完整的光路圖。解析：(i)測(cè)定玻璃的折射率時(shí)，先在白紙上作出玻璃磚的邊界，選定入射點(diǎn)，確定入 射光線，然后把玻璃磚放在白紙上，確定出射光線；撤去玻璃磚，作出光路圖，求出入射 角與折射角，根據(jù)折射率的定義式求出折射率，因此合理的實(shí)驗(yàn)步驟順序?yàn)閍、f、c、d、e、b、 g、 ho(2)光

10、路圖如下圖。答案：(i)a、f、c、d、e、b、g、h (2)見解析圖二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析例題2在“測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中，(i)為了取得較好的實(shí)驗(yàn)效果，A.必須選用上下外表平行的玻璃磚B.選擇的入射角應(yīng)盡量小些C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上D.大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當(dāng)大些其中正確的選項(xiàng)是。(2) 一位同學(xué)在畫界面時(shí)， 不小心將兩界面 aa'和bb'間距畫得比玻璃磚寬度大些，如圖甲所示，那么他測(cè)得的折射率 (選填"偏大 ”偏小或“不變)。(3)另一位同學(xué)在測(cè)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點(diǎn)為圓心，OA為半徑畫圓，并延長

11、OO'交圓于C點(diǎn)，過A點(diǎn)和C點(diǎn)作垂直于法線的直 線分別交于B點(diǎn)和D點(diǎn)，如圖乙所示，那么他只需要測(cè)量 ,就可求出玻 璃的折射率n =。解析(1)插針法測(cè)定折射率時(shí)，玻璃磚上下外表不一定要平行，故 A錯(cuò)誤；為了減小 測(cè)量的相對(duì)誤差，選擇的入射角應(yīng)盡量大些，效果會(huì)更好，故 B錯(cuò)誤；為了準(zhǔn)確確定入射 光線和折射光線，大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上，故 C正確；大頭針Pl和P2及P3和P4之間 的距離適當(dāng)大些時(shí)，相同的距離誤差，引起的角度誤差會(huì)減小，效果會(huì)好些，故D正確。(2)如下圖，實(shí)線是真實(shí)的光路圖，虛線是玻璃磚寬度畫大后的光路圖，由圖看出，在 這種情況測(cè)得的入射角不受影響，但測(cè)得的折射角比真實(shí)的

12、折射角偏大，因此測(cè)得的折射 率偏小。AB(3)根據(jù)折射定律得n = Sin / AOB = ；R = AB，可知需要測(cè)量AB、CD的長度，那么折 Sin / DOC CD CDRAB 射率n = -oCDAB答案(1)CD(2)偏小 (3)AB、CD的長度 CD針對(duì)訓(xùn)練(2021天津高考)某小組做測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)，所用器材有：玻璃磚，大頭針, 刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙。以下哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度A.選用兩光學(xué)外表間距大的玻璃磚B.選用兩光學(xué)外表平行的玻璃磚C.選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn)D.插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些(2)該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn)，記錄的玻璃磚界線和

13、四個(gè)大頭針扎下的孔洞如以下圖所示，其中實(shí)驗(yàn)操作正確的選項(xiàng)是(3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點(diǎn)O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于 A、B點(diǎn)，再過A、B點(diǎn)作法線NN'的垂線，垂足 分別為C、D點(diǎn)，如下圖，那么玻璃的折射率 n =。(用圖中線段的字母表示)解析：(1)測(cè)量玻璃的折射率關(guān)鍵是根據(jù)入射光線和出射光線確定在玻璃中的傳播光線， 因此選用光學(xué)外表間距大的玻璃磚以及使同側(cè)兩枚大頭針的距離大些都有利于提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn) 確程度，減小誤差，選項(xiàng) A、D正確；兩光學(xué)外表是否平行不影響折射率的測(cè)量，為減小 誤差，應(yīng)選用細(xì)長的大頭針，應(yīng)選項(xiàng) B、C錯(cuò)誤。(2)兩

14、光學(xué)外表平行的玻璃磚的入射光線與出射光線平行，在空氣中的入射角大于玻璃 中的折射角，故D正確。(3)玻璃的折射率 n = ,a ACBD 二二 AC又 sin | =匕，sin r=故 n = ;。 RRBD、AC答案：(1)AD(2)D (3)A-BD三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)例題3用圓弧狀玻璃磚做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)豎直才1上兩枚大頭針Pl、P2,然后在玻璃磚的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3和P4,使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3以及P1和P2的像，在紙上標(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓，如圖甲所

15、 示(O為兩圓弧圓心，圖中已畫出經(jīng)過P1、P2點(diǎn)的入射光線)。(1)在圖上補(bǔ)畫出所需的光路。(2)為了測(cè)出玻璃的折射率，需要測(cè)量入射角例和折射角。2,請(qǐng)?jiān)趫D中的AB分界面上畫出這兩個(gè)角。(3)屢次改變?nèi)肷浣牵瑴y(cè)得幾組入射角和折射角，根據(jù)測(cè)得的入射角和折射角的正弦值，畫出了如圖乙所示的圖像，由圖像可知該玻璃的折射率n =。解析(1)連接P3、P4與CD交于一點(diǎn)，此交點(diǎn)即為光線從玻璃磚中射出的位置，又由 于P1、P2的連線與AB的交點(diǎn)即為光線進(jìn)入玻璃磚的位置，連接兩點(diǎn)即可作出玻璃磚中的 光線，如下圖。(2)連接O點(diǎn)與光線在 AB上的入射點(diǎn)即為法線，作出入射角和折射角，如圖中 自、也 所示。(3)圖像的斜率k=Sim =3由題圖乙可知斜率為1.5,即玻璃的折射率為 1.5。答案(1)見解析圖(2)如解析圖中。1、02針對(duì)訓(xùn)練某同學(xué)在測(cè)定一厚度均勻的圓柱形玻璃的折射率時(shí)，先在白紙上作一與玻璃圓柱同半徑的圓，圓心為 O,將玻璃圓柱平放在白紙上，使其邊界與所畫的圓重合。在玻璃一側(cè)豎直插兩枚大頭針 Pl和P2,再在另一側(cè)先后插兩枚大頭針P3和P4,使從另一側(cè)隔著玻璃觀察時(shí)，大頭針P4和P3與P2和P1的像恰在一直線上，移去玻璃圓柱和大頭針后，在白紙上 得到大頭針的位置及玻璃圓柱的輪廓如下圖。(1)畫出沿P1和P2連線方向的入射光線通過圓柱形玻璃后的傳播方向。(2)畫出光線在玻璃內(nèi)的傳