202X_202X學(xué)年高考物理主題3光及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率課件（必修1）

1、實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率主題3光及其應(yīng)用學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：1.知道測(cè)定玻璃的折射率的原理、方法、步驟.2.知道實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因和減小誤差的方法.科學(xué)思維：1.會(huì)畫光路圖.2.會(huì)確定入射光線和折射光線，并會(huì)測(cè)定入射角和折射角.3.會(huì)計(jì)算折射率及折射率的平均值.科學(xué)探究：掌握測(cè)定玻璃折射率的方法，學(xué)會(huì)規(guī)范作圖，在測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中訓(xùn)練并提高作圖能力.NEIRONGSUOYIN內(nèi)容索引技能儲(chǔ)備 明確原理 提煉方法題型演練 學(xué)以致用 實(shí)訓(xùn)演練達(dá)標(biāo)檢測(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān)課時(shí)對(duì)點(diǎn)練 注重雙基 強(qiáng)化落實(shí)技能儲(chǔ)備一、實(shí)驗(yàn)原理用插針法確定光路，找出與入射光線相應(yīng)的出射光線，就能在玻璃磚中畫出對(duì)應(yīng)

2、的折射光線，從而可以測(cè)出一組對(duì)應(yīng)的入射角和折射角，根據(jù)折射定律，便可求出玻璃的折射率.二、實(shí)驗(yàn)器材玻璃磚、白紙、木板、大頭針?biāo)拿?、圖釘(34枚)、量角器、直尺、鉛筆.三、操作步驟1.把白紙用圖釘釘在木板上.2.用直尺畫一條平行于玻璃磚一個(gè)面的一條線aa作為界面，過(guò)aa上一點(diǎn)O作垂直于aa的直線NN作為法線，過(guò)O點(diǎn)畫一條入射光線AO，使入射角1適當(dāng)大些，如圖1所示.圖圖1 3.在AO線上豎直地插兩枚大頭針P1、P2，在白紙上放上被測(cè)玻璃磚，使玻璃磚的一個(gè)面與aa重合.4.沿玻璃磚的另一側(cè)面用直尺畫一條直線bb.5.在玻璃磚的bb一側(cè)白紙上豎直地立一枚大頭針P3，調(diào)整視線，同時(shí)移動(dòng)大頭針P3的位置

3、，當(dāng)P3恰好能同時(shí)擋住玻璃磚aa一側(cè)所插的大頭針P1、P2的像時(shí)，把大頭針P3插好.6.在玻璃磚bb一側(cè)再豎直地插一枚大頭針P4，使P4能擋住P3本身，同時(shí)也能擋住P1、P2的像.7.記下P3、P4的位置，移去玻璃磚，拔去大頭針，過(guò)P3、P4連一條直線BO交bb于O點(diǎn)，連接OO，OO就是入射光線AO在玻璃磚內(nèi)的折射光線，折射角為2.8.用量角器量出入射角1和折射角2的大小.9.改變?nèi)肷浣?，重復(fù)上面的步驟再做三、四次，量出相應(yīng)的入射角和折射角.四、數(shù)據(jù)處理1.計(jì)算法：通過(guò)多次測(cè)量入射角和折射角，得出多組入射角和折射角的正弦值，再代入n 中求出多個(gè)n的值，然后取其平均值，即為玻璃磚的折射率.圖圖

4、2 2.單位圓法(1)以入射點(diǎn)O為圓心，以一定長(zhǎng)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(guò)E作NN的垂線EH，過(guò)E作NN的垂線EH，分別交NN于點(diǎn)H、H，如圖2所示.圖圖3 五、注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)中，玻璃磚在紙上的位置不可移動(dòng).2.不能用手觸摸玻璃磚光潔的光學(xué)面，更不能把玻璃磚當(dāng)尺子用.3.大頭針應(yīng)豎直插在白紙上，且玻璃磚每一側(cè)兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)適當(dāng)大些，以減小確定光路方向時(shí)造成的誤差.4.實(shí)驗(yàn)中入射角不宜過(guò)小或過(guò)大，否則會(huì)使測(cè)量誤差增大.題型演練一、實(shí)驗(yàn)原理與操作例1(2018大興區(qū)高二檢測(cè))“測(cè)定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，在白紙上放好玻璃磚，aa和

5、bb分別是玻璃磚與空氣的兩個(gè)界面，如圖4所示.在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，用“”表示大頭針的位置，然后在另一側(cè)透過(guò)玻璃磚觀察，并依次插上大頭針P3和P4.圖圖4 (1)在插P3和P4時(shí)，應(yīng)使_(選填選項(xiàng)前的字母).A.P3只擋住P1的像B.P4只擋住P3C.P3同時(shí)擋住P1、P2的像D.P4擋住P3及P1、P2的像CD解析實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，要先在白紙上放好玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，然后在玻璃磚另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在一側(cè)相繼又插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，使P4擋住P3和P1、P2的像，故C、D正確.(2)

6、按(1)中的做法確定大頭針P3和P4的位置，請(qǐng)將光路圖補(bǔ)充完整，并在圖中標(biāo)出需要測(cè)量的量，則玻璃磚的折射率可表示為n_.(用圖中標(biāo)出的測(cè)量量表示)學(xué)科素養(yǎng)本實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵是找出對(duì)應(yīng)入射光線的出射光線，從而畫出光在玻璃中的折射光線.考查了對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解、實(shí)驗(yàn)操作的把握和數(shù)據(jù)的處理，體現(xiàn)了“物理觀念”“科學(xué)思維”和“實(shí)驗(yàn)探究”的學(xué)科素養(yǎng).在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要保持認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，又體現(xiàn)了“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的學(xué)科素養(yǎng).針對(duì)訓(xùn)練(多選)在用兩面平行的玻璃磚測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)驗(yàn)光路圖如圖5所示，對(duì)實(shí)驗(yàn)中的一些具體問(wèn)題，下列說(shuō)法正確的是圖圖5A.為了減小作圖誤差，P3和P4的距離應(yīng)適當(dāng)大一些B.為減小測(cè)量誤

7、差，P1、P2連線與玻璃磚界面法線的 夾角應(yīng)適當(dāng)取大一些C.若P1、P2的距離較大時(shí)，通過(guò)玻璃磚會(huì)看不到P1、P2 的像D.實(shí)驗(yàn)中為方便操作可用玻璃磚代替尺子畫線解析實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1與P2之間，P2與O點(diǎn)之間，P3與P4之間，P3與O點(diǎn)之間距離要稍大一些.入射角1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，也不宜太小.實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)禁用玻璃磚代替尺子畫線.二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及誤差分析例2在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)經(jīng)正確的操作，插好了4枚大頭針P1、P2和P3、P4，如圖6所示.圖圖6 (1)在圖中坐標(biāo)紙上畫出完整的光路圖，并標(biāo)出入射角1和折射角2；答案如圖

8、所示(2)對(duì)畫出的光路圖進(jìn)行測(cè)量，求出該玻璃的折射率n_(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).1.4(1.21.6)甲同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比_(填“偏大”、“偏小”或“不變”).乙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比_(填“偏大”、“偏小”或“不變”).例3在用插針法測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中，甲、乙兩位同學(xué)在紙上畫出的界面aa、bb與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖7中和所示，其中甲同學(xué)用的是矩形玻璃磚，乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚.他們的其他操作均正確，且均以aa、bb為界面畫光路圖，則：圖圖7偏小不變解析用題圖測(cè)定折射率時(shí)，玻璃中折射角測(cè)量值大于實(shí)際值，故折射率偏??；用題圖測(cè)定折射率時(shí)，只要操作正確，折射率與玻璃磚形狀

9、無(wú)關(guān).“測(cè)定玻璃折射率”實(shí)驗(yàn)中，也可以用三棱鏡、半圓形玻璃磚等進(jìn)行測(cè)量.實(shí)驗(yàn)中只要利用“插針法”定出入射光線和出射光線，其與界面的交點(diǎn)就是入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)就能作出折射光線，一樣可以測(cè)出折射率.光路圖如圖8所示.三、其他形狀玻璃磚求折射率圖圖8例4用三棱鏡做測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側(cè)插入兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的另一側(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、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P1、P2的像和P3，在紙上標(biāo)出大頭針的位置和三棱鏡輪廓，如圖9所示.圖圖9(1)在圖上畫出所需的光路圖；

10、答案見解析解析光路圖如圖所示，畫出通過(guò)P1、P2的入射光線，交AC于O，畫出通過(guò)P3、P4的出射光線交AB于O，連接OO，則光線OO就是入射光線P1P2在三棱鏡中的折射光線.(2)為了測(cè)出該三棱鏡的折射率，需要測(cè)量的物理量是_，在圖上標(biāo)出它們；解析在所畫的圖上畫出虛線部分，并注明入射角1和折射角2，用量角器量出1和2(或用直尺測(cè)出線段EF、OE、GH、OG的長(zhǎng)度).答案見解析(3)計(jì)算折射率的公式是n_.答案見解析達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(實(shí)驗(yàn)原理與操作)(多選)某同學(xué)用“插針法”做測(cè)定玻璃折射率實(shí)驗(yàn)時(shí)，他的方法和操作步驟都正確無(wú)誤，但他處理實(shí)驗(yàn)記錄時(shí)，發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個(gè)光學(xué)面aa和bb不平行，如圖10所示

11、，則A.P1P2與P3P4兩條直線平行B.P1P2與P3P4兩條直線不平行C.他測(cè)出的折射率偏大D.他測(cè)出的折射率不受影響124圖圖10 3124解析光線由aa進(jìn)入玻璃磚時(shí)，由折射定律得n ，光線由bb射出玻璃磚時(shí)，由折射定律得n .若aa/bb，則有32，進(jìn)而有14，出射光線OB與入射光線OA平行.若aa和bb不平行，則有32，進(jìn)而有14，出射光線OB與入射光線AO不平行，故選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；在用“插針法”測(cè)玻璃的折射率時(shí)，只要實(shí)驗(yàn)方法正確，光路準(zhǔn)確無(wú)誤，結(jié)論必定是正確的，玻璃的折射率不會(huì)受玻璃磚形狀的影響，選項(xiàng)D正確，C錯(cuò)誤.32.(實(shí)驗(yàn)原理與操作)在測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)一塊兩面

12、平行的玻璃磚，用插針法找出與入射光線對(duì)應(yīng)的出射光線，現(xiàn)在甲、乙、丙、丁四位同學(xué)分別作出如圖11所示的四組插針結(jié)果.圖圖11124(1)從圖上看，肯定把大頭針插錯(cuò)了的同學(xué)是_.(2)從圖上看，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度最高的同學(xué)是_.甲、乙丁33.(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理)(2018金華一中高二上學(xué)期第二次段考)在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，如圖12所示.124圖圖12 (1)請(qǐng)?jiān)趫D13中畫出完整的光路圖.圖圖133答案如圖所示1243解析分別連接玻璃磚兩側(cè)的大頭針?biāo)诘狞c(diǎn)并延長(zhǎng)，與玻璃磚兩平行邊分別相交，標(biāo)出傳播方向，然后連接玻璃磚邊界的兩交點(diǎn)，即為光線在玻璃磚中的傳播線路.光路圖

13、如圖所示.1243( 2 ) 對(duì) 畫 出 的 光 路 圖 進(jìn) 行 測(cè) 量 和 計(jì) 算 ， 求 得 該 玻 璃 磚 的 折 射 率 n _ (保留3位有效數(shù)字).1.53(說(shuō)明：0.03范圍內(nèi)均可)1243(3)為了觀測(cè)光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象，某同學(xué)做了兩次實(shí)驗(yàn)，經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針，如圖14所示.圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對(duì)應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和_(填“A”或“B”).圖圖14 A解析由題圖可知，光線P1P2入射到玻璃磚上時(shí)，相當(dāng)于光線射到了一個(gè)三棱鏡上，因此出射光線將向底邊偏折，所以出射光線過(guò)P3和A.12434.(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理)如圖15所示，某同學(xué)

14、做“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)時(shí)，完成光路圖后，由于沒有量角器，借助圓規(guī)以O(shè)為圓心畫圓，該圓交入射光線于A點(diǎn)，交OO連線延長(zhǎng)線于C點(diǎn).分別過(guò)A點(diǎn)、C點(diǎn)作法線NN的垂線AB、CD交NN于B點(diǎn)、D點(diǎn)，請(qǐng)用刻度尺測(cè)量并計(jì)算此種玻璃的折射率n.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖圖151243答案1.51243課時(shí)對(duì)點(diǎn)練1.在用插針法測(cè)玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)方法和步驟完全正確，但測(cè)后發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個(gè)光學(xué)面不平行，則_.A.入射光線與出射光線一定不平行，測(cè)量值偏大B.入射光線與出射光線一定不平行，測(cè)量值偏小C.入射光線與出射光線一定不平行，測(cè)量值仍然正確D.入射光線與出射光線可能平行，測(cè)量值仍然正確1234567

15、89 10解析只要實(shí)驗(yàn)方法和步驟完全正確，測(cè)量值的準(zhǔn)確性與玻璃磚的兩個(gè)光學(xué)面是否平行沒有關(guān)系.2.在做“插針法測(cè)量玻璃磚的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于如圖所示的梯形玻璃磚(兩個(gè)光學(xué)面不平行)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能是下列圖中的_.(請(qǐng)選擇一個(gè)正確答案)123456789 103.在“用插針法測(cè)玻璃磚折射率”的實(shí)驗(yàn)中，玻璃磚的ab邊與ab邊相互平行，aa邊與bb邊不平行，某同學(xué)在白紙上仔細(xì)畫出了玻璃磚的兩條邊線aa與bb，如圖1所示.圖圖1(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在玻璃磚的一側(cè)插兩枚大頭針P1和P2以確定入射光線AO，接著，眼睛應(yīng)在玻璃磚的_(填“同一側(cè)”或“另一側(cè)”)觀察所插的兩枚大頭針P1和P2，同時(shí)通過(guò)插第三、第

16、四枚大頭針來(lái)確定從玻璃磚射出的光線.另一側(cè)123456789 10解析實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在玻璃磚的一側(cè)插兩枚大頭針P1和P2以確定入射光線AO；接著，眼睛在玻璃磚的另一側(cè)觀察所插的兩枚大頭針P1和P2，同時(shí)通過(guò)插第三、第四枚大頭針來(lái)確定從玻璃磚射出的光線；123456789 10(2)實(shí)驗(yàn)中是否要求四枚大頭針的針帽在同一視線上？_(填“是”或“否”).解析實(shí)驗(yàn)中要求四枚大頭針的針尖在同一視線上，而不是針帽.否123456789 10(3)下列操作可以減小實(shí)驗(yàn)誤差的是_(填字母代號(hào))A.適當(dāng)增大大頭針P1、P2的間距B.選擇玻璃磚相互平行的ab、ab邊來(lái)測(cè)量C.選用盡可能細(xì)的筆畫線D.使AO的入射角接近

17、于90AC解析大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當(dāng)大些時(shí)，角度的測(cè)量誤差會(huì)小些，故A正確；用插針法測(cè)定玻璃磚折射率時(shí)，玻璃磚上、下表面不一定要平行，故B錯(cuò)誤；為了準(zhǔn)確確定入射光線和折射光線，選用盡可能細(xì)的筆畫線，故C正確；為了減小測(cè)量的相對(duì)誤差，選擇的入射角應(yīng)適當(dāng)，不宜過(guò)小也不宜過(guò)大，故D錯(cuò)誤.123456789 104.如圖2所示，把玻璃磚放在木板上，下面墊一張白紙，在白紙上描出玻璃磚的兩個(gè)邊a和a.然后在玻璃磚的一側(cè)插兩個(gè)大頭針A、B，AB的延長(zhǎng)線與直線a的交點(diǎn)為O.眼睛在另一側(cè)透過(guò)玻璃磚看兩個(gè)大頭針，使B把A擋住.然后在眼睛所在的一側(cè)再插第三個(gè)大頭針C，使它把A、B的像都擋住，插第

18、四個(gè)大頭針D，使它把A、B的像和C都擋住，那么后兩個(gè)大頭針就確定了從玻璃磚射出的光線.在白紙上描出光線的徑跡，要計(jì)算玻璃磚的折射率需要測(cè)量的物理量是圖中的_；為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，入射角應(yīng)_(選填“大些”或“小些”).圖圖2和大些123456789 105.在利用插針法測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中：(1)甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個(gè)界面aa和bb后，不小心碰了玻璃磚使它向aa方向平移了少許，如圖3所示.則他測(cè)出的折射率將_(選填“偏大”“偏小”或“不變”).圖圖3不變123456789 10解析如圖甲所示，甲同學(xué)利用插針法確定入射光線、折射光線后，測(cè)得的入射角、折射角沒有受到影響，因此測(cè)得的折射率將

19、不變.123456789 10(2)乙同學(xué)在畫界面時(shí)，不小心將兩界面aa、bb間距畫得比玻璃磚寬度大些，如圖4所示，則他測(cè)得的折射率將_(選填“偏大”“偏小”或“不變”).圖圖4偏小解析如圖乙所示，乙同學(xué)利用插針法確定入射光線、折射光線后，測(cè)得的入射角不受影響，但測(cè)得的折射角比真實(shí)的折射角偏大，因此測(cè)得的折射率偏小.123456789 106.在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，畫出完整的光路圖，由于沒有量角器，他以入射點(diǎn)O為圓心畫圓交入射光線于A點(diǎn)，交折射光線于B點(diǎn)，過(guò)A點(diǎn)畫法線的垂線與法線交于C點(diǎn)，過(guò)B點(diǎn)畫法線的垂線與法線交于D點(diǎn)，如圖5所示，若各線段的長(zhǎng)度可以

20、用 表示，則玻璃的折射率可表示為_.圖圖5123456789 107.如圖6甲所示為光學(xué)實(shí)驗(yàn)用的長(zhǎng)方體玻璃磚，它的_面不能用手直接接觸.在用插針法測(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)繪出的玻璃磚和三個(gè)針孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的針正好擋住插在a、b位置的針的像，但最后一個(gè)針孔的位置不同，分別為d、e兩點(diǎn)，如圖乙所示.計(jì)算折射率時(shí)，用_(填“d”或“e”)點(diǎn)得到的值較小，用_(填“d”或“e”)點(diǎn)得到的值誤差較小.圖圖6光學(xué)de123456789 10解析光學(xué)實(shí)驗(yàn)用的玻璃磚的光學(xué)面不能用手接觸，以防止損壞其光學(xué)面.如圖所示，連接cd、ce并反向延長(zhǎng)分別交玻璃磚于O1、O2點(diǎn)，并連接OO

21、1、OO2，入射角i相同，折射角OOO2OOO1，由折射定律得，折射角越大的，求得的折射率越小.由圖可得，用d點(diǎn)得到的值較小，而ce與ab近似平行，故用e點(diǎn)得到的值誤差較小.123456789 108.利用插針法測(cè)玻璃的折射率，實(shí)驗(yàn)中先將玻璃磚固定在水平桌面上的白紙上，畫出玻璃磚兩側(cè)界面MN、PQ，在玻璃磚的一側(cè)插好大頭針P1、P2后，某同學(xué)發(fā)現(xiàn)在P1、P2的同側(cè)通過(guò)玻璃磚在如圖7所示位置也可觀察到P1、P2的像，于是他在白紙上插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，然后，他又插下大頭針P4，使P4擋住P3以及P2、P1的像，取走玻璃磚，畫P1、P2連線交MN于O點(diǎn)，P4、P3連線交MN于O點(diǎn)

22、，測(cè)出P1、P2連線與MN間的夾角30，玻璃磚的厚度h2.00 cm，OO兩點(diǎn)間的距離l3.00 cm.則玻璃磚的折射率為_.圖圖71.44123456789 10解析將P1、P2所在直線當(dāng)作入射光線，其光路圖如圖所示：即光線折射入玻璃磚，射到其下表面后發(fā)生反射，反射光又經(jīng)上表面折射后穿出玻璃磚，由光的反射定律及幾何關(guān)系知：123456789 109.在“測(cè)定玻璃折射率”的實(shí)驗(yàn)中(1)操作步驟如下：先在白紙上畫出一條直線aa代表兩種介質(zhì)的界面，過(guò)aa上的O點(diǎn)畫出界面的法線NN，并畫一條線段AO作為入射光線.把長(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上，使它的長(zhǎng)邊跟aa對(duì)齊.在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2，透過(guò)玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像.調(diào)整視線方向，直到P1的像被P2的像擋住.再在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3以及P1、P2的像，記下P3、P4的位