2019年高考物理第十五章光電磁波與相對(duì)論第3講實(shí)驗(yàn)測(cè)定玻璃的折射率學(xué)案

1、專題課件第3講實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率射光線AO對(duì)應(yīng)的出射光線OB，從而求出折射光線OO的折射角2，再根據(jù)n或n算出玻璃的折射率。微知識(shí)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定玻璃的折射率。2學(xué)會(huì)用插針法確定光路。微知識(shí)2實(shí)驗(yàn)原理如圖所示，當(dāng)光線AO以一定的入射角1穿過兩面平行的玻璃磚時(shí)，通過插針法找出跟入sin1sin2PNQN微知識(shí)3實(shí)驗(yàn)器材玻璃磚，白紙，木板，大頭針，圖釘，量角器(或圓規(guī))，三角板，鉛筆。微知識(shí)4實(shí)驗(yàn)步驟1把白紙用圖釘釘在木板上。2在白紙上畫出一條直線aa作為界面，畫一條線段AO作為入射光線，并過O點(diǎn)畫出界面aa的法線NN(如圖所示)。1sin1sin2sin1sin23把長(zhǎng)方形的玻璃磚放在白紙上

2、，使它的一條邊跟aa對(duì)齊，并畫出玻璃磚的另一界面bb。4在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2。5在玻璃磚的bb一側(cè)豎直地插上大頭針P3，用眼睛觀察并調(diào)整視線，使P3能同時(shí)擋住P1和P2的像。6同樣的，在玻璃磚的bb一側(cè)再豎直地插上大頭針P4，使P4能擋住P3本身和P1、P2的像。7記下P3、P4的位置，移去玻璃磚和大頭針，過P3、P4引直線OB與bb交于O點(diǎn)，連接OO，OO就是玻璃磚內(nèi)的折射光線的方向，入射角1AON，折射角2OON。8用量角器量出入射角1和折射角2的度數(shù)。9從三角函數(shù)表中查出入射角和折射角的正弦值，記入自己設(shè)計(jì)的表格里。10用上面的方法分別作出入射角是30、45、60時(shí)

3、的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把這些數(shù)據(jù)也記在表格里。11算出不同入射角時(shí)的值，比較一下，看它們是否接近一個(gè)常數(shù)，求出幾次實(shí)驗(yàn)中所測(cè)的平均值，這就是玻璃的折射率。微知識(shí)5注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P3和P4之間距離要稍大一些。2入射角1不宜太大(接近90)，也不宜太小(接近0)。太大：反射光較強(qiáng)，折射光較弱；太?。喝肷浣?、折射角測(cè)量的相對(duì)誤差較大。3操作時(shí)，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面，更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線。4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5cm以上，若寬度太小，則測(cè)量誤差較大。2一、思維辨析

4、(判斷正誤，正確的畫“”，錯(cuò)誤的畫“”。)1測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中只能用兩面平行的玻璃磚，用棱鏡不能測(cè)定玻璃的折射率。()2兩面平行的玻璃磚厚度適當(dāng)大些，測(cè)量的誤差較小。()二、對(duì)點(diǎn)微練1.(實(shí)驗(yàn)原理和操作)某同學(xué)利用“插針法”測(cè)定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行。正確操作后，作出的光路圖及測(cè)出的相關(guān)角度如圖所示。sinisin901cos1sinrsin902cos2cos1sin901cos2sin902(1)此玻璃的折射率計(jì)算式為n_(用圖中的1、2表示)。(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應(yīng)選用寬度_(填“大”或“小”)的玻璃磚來測(cè)量。解析(1)光線由

5、空氣射入玻璃的入射角i901，折射角r902，由折射率的定義可得n，根據(jù)平行玻璃磚對(duì)光線的影響可知，玻璃磚寬度越大，側(cè)移量越大，折射角的測(cè)量誤差越小。答案(1)(或)(2)大2(數(shù)據(jù)處理和誤差分析)在用插針法測(cè)定玻璃磚的折射率的實(shí)驗(yàn)中，甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面aa、bb與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖和所示，其中甲、丙兩同學(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。(1)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”)。(2)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”)。(3)丙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)

6、值相比_。解析(1)用圖測(cè)定折射率時(shí)，玻璃中折射光線偏折大了，所以折射角增大，折射率變??；(2)用圖測(cè)定折射率時(shí)，只要操作正確，與玻璃磚形狀無關(guān)；(3)用圖測(cè)定折射率時(shí)，無法確定折射光線偏折的大小，所以測(cè)得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不變。3用量角器測(cè)量入射角1和折射角2，算出不同入射角時(shí)的，并取平均值。答案(1)偏小(2)不變(3)可能偏大、可能偏小、可能不變見學(xué)生用書P221微考點(diǎn)實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理核|心|微|講求折射率的三種方法1計(jì)算法sin1sin22圖象法改變不同的入射角1，測(cè)出不同的折射角2，作sin1sin2圖象，由n可知sin1sin2圖象應(yīng)為直線，如圖所示，其斜率就是玻璃

7、的折射率。3輔助線段法利用刻度尺作輔助線，測(cè)出輔助線的長(zhǎng)度大小，求玻璃的折射率。典|例|微|探【例】如圖所示，某同學(xué)用插針法測(cè)定一半圓形玻璃磚的折射率。在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2，確定入射光線，并讓入射光線過圓心O，在玻璃磚(圖中實(shí)線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接OP3。圖中MN為分界面，虛線半圓與玻璃磚對(duì)稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn)，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點(diǎn)。4sin1BOl1(1)如題圖所示，sin11，sin23，因此玻璃的折射率n，因此只BOCOl1l3(1)設(shè)AB的長(zhǎng)度為l1，AO的長(zhǎng)度為l2，CD的

8、長(zhǎng)度為l3，DO的長(zhǎng)度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測(cè)量_，則玻璃磚的折射率可表示為_。(2)該同學(xué)在插大頭針P3前，不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度，由此測(cè)得玻璃磚的折射率將_(填“偏大”“偏小”或“不變”)?！窘忸}導(dǎo)思】當(dāng)玻璃磚順時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度后，折射光線與作出的原法線間的夾角增大還是減??？答：減小。解析本題考查插針法測(cè)玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)原理、方法遷移及誤差分析。l1llsin2l3l3CO需測(cè)量l1和l3即可。(2)計(jì)算的1和2比真實(shí)值減小相同的角度，因?yàn)?2，所以sin2減小更明顯，n計(jì)算值偏大。答案(1)l1、l3n(2)偏大題|組|微|練1.如圖所

9、示是用某種透光物質(zhì)制成的直角三棱鏡ABC；在垂直AC面的直線MN上插兩枚大頭針P1，P2，在AB面的左側(cè)透過棱鏡觀察大頭針P1，P2的像，調(diào)整視線方向，直到P1的像_，再在觀察的這一側(cè)先后插入兩枚大頭針P3，P4，使P3_，P4_，記下P3，P4的位置，移去大頭針和三棱鏡，過P3，P4作直線與AB面相交于D，量出該直線與AB面的夾角為45，則該透光物質(zhì)的折射率n_，并在圖中正確地畫出完整的光路圖。5sin1由題給條件可畫出如圖所示的完整光路圖，且145，230所以n1解析折射率的測(cè)定原理是依據(jù)折射定律n，利用插針法將光在介質(zhì)中的傳播路線sin2確定，從而測(cè)出相應(yīng)的入射角1和折射角2，求解出n值

10、。而插針便是利用它擋住物體(大頭針)的像，用P3擋住P1，P2的像是為了確定入射光線，用P4擋住P3和P1，P2的像是為了確定出射光線。sin1sin45sin2sin30222。2答案被P2的像擋住擋住P1，P2的像擋住P3和P1，P2的像2光路圖見解析圖2一塊玻璃磚有兩個(gè)相互平行的表面，其中一個(gè)表面是鍍銀的(光線不能通過此表面)?，F(xiàn)要測(cè)定此玻璃磚的折射率，給定的器材還有：白紙、鉛筆、大頭針4枚(P1、P2、P3、P4)、帶有刻度的直角三角板、量角器。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將玻璃磚放在白紙上，使上述兩個(gè)相互平行的表面與紙面垂直。在紙面上畫出直線aa和bb，aa表示鍍銀的玻璃磚表面，bb表示另一表面，如圖

11、所示，然后，在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2。用P1、P2的連線表示入射光線。(1)為了測(cè)量折射率，應(yīng)如何正確使用大頭針P3、P4？試在圖中標(biāo)出P3、P4的位置。(2)然后，移去玻璃磚與大頭針。試在圖中通過作圖的方法標(biāo)出光線從空氣進(jìn)入玻璃時(shí)的入射角1與折射角2。寫出用1、2表示的折射率公式：n_。解析(1)在bb一側(cè)觀察P1、P2(經(jīng)bb折射、aa反射，再經(jīng)bb折射)的像，在適當(dāng)?shù)奈恢貌迳螾3，使得P3與P1、P2的像在一條直線上，即讓P3擋住P1、P2的像；再插上P4，讓它擋住P3本身和P1、P2的像，P3、P4的位置如圖所示。6(2)過P1、P2作直線與bb交于O點(diǎn)；過P3、P4作直線

12、與bb交于O點(diǎn)；利用刻度尺找到OO的中點(diǎn)M；過O點(diǎn)作bb的垂線CD，過M點(diǎn)作bb的垂線與aa相交于N，如圖所示，連接O、N；sin1則P1OD1，CON2。由折射率的定義可得n。sin2答案見解析見學(xué)生用書P2211“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bb分別是玻璃磚與空氣的兩個(gè)界面，如圖所示。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)透過玻璃磚觀察，并依次插上大頭針P3和P4，在插P3和P4時(shí)，應(yīng)使_。(填選項(xiàng)字母)AP3只擋住P1的像BP4只擋住P2的像CP3同時(shí)擋住P1、P2的像解析使P3同時(shí)擋住P1、P2的像，即P3、P1、P2在同

13、一光線上，C項(xiàng)正確。答案C2某同學(xué)做“測(cè)定玻璃折射率”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，分別交入射光線于A點(diǎn)，交OO連線延長(zhǎng)線于C點(diǎn)。分別過A點(diǎn)、C點(diǎn)作法線NN的垂線AB、CD交NN于B點(diǎn)、D點(diǎn)，用刻度尺量得AB10cm，CD6cm。7解析(1)設(shè)AONi，CON，由折射定律可得n，sinCD3(2)由sinC可得，光從這種玻璃進(jìn)入空氣時(shí)的臨界角C37。3(1)求玻璃的折射率n。(2)光從這種玻璃進(jìn)入空氣時(shí)的臨界角是多大？sinisinsiniAB5因?yàn)锳OCO，所以n。1n5答案(1)(2)373某校開展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組根據(jù)光學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)液體折射率的儀器。如圖所示，在一個(gè)圓盤上，過其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF。在半徑OA上，垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變。每次測(cè)量時(shí)讓圓盤的下半部分豎直浸入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2。同學(xué)們通過計(jì)算，預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可以直接讀出液體折射率的值。(1)若AOF30，OP3與OC之間的夾角為45，則在P3處刻的刻度值為_。(2)若在同一液體中沿AO方向射入一束