新教材同步系列2024春高中物理第4章光及其應(yīng)用第2節(jié)測(cè)定介質(zhì)的折射率課件粵教版選擇性必修第一冊(cè)

第四章光及其應(yīng)用第二節(jié)測(cè)定介質(zhì)的折射率學(xué)習(xí)任務(wù)1．會(huì)測(cè)量玻璃等材料的折射率，通過實(shí)驗(yàn)體會(huì)光線模型的建構(gòu)過程．2．知道測(cè)量玻璃的折射率的原理、方法和步驟．3．學(xué)會(huì)插針法確定光路，并能用不同方法計(jì)算玻璃的折射率．必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備01

三、實(shí)驗(yàn)步驟(1)如圖所示，將白紙用圖釘釘在平木板上；(2)在白紙上畫出一條直線aa′作為界面(線)，過aa′上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN′，并畫一條線段AO作為入射光線；(3)把長(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上，使它的長(zhǎng)邊跟aa′對(duì)齊，畫出玻璃磚的另一邊bb′；(4)在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線方向直到P2的像擋住P1的像．再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3及P1、P2的像，記下P3、P4的位置；(5)移去大頭針和玻璃磚，過P3、P4所在處作直線O′B與bb′交于O′，直線O′B就代表了沿AO方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向；(6)連接OO′，入射角i＝∠AON，折射角γ＝∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角，從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值，把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中；(7)用上述方法分別求出入射角分別為30°、45°、60°時(shí)的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中．

五、注意事項(xiàng)(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5cm以上．若寬度太小，則測(cè)量誤差較大．六、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)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．關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成02【典例1】

(2022·遼寧沈陽(yáng)市第八十三中學(xué)高二開學(xué)考試)如圖甲所示，某同學(xué)在“測(cè)定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定，玻璃磚平放在白紙上，然后在白紙上確定玻璃磚的界面aa′和bb′，O為直線MO與aa′的交點(diǎn)，在直線MO上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針．(1)該同學(xué)接下來(lái)要完成的必要步驟有________；A．插上大頭針P3，使P3僅擋住P2的像B．插上大頭針P3，使P3擋住P1的像和P2的像C．插上大頭針P4，使P4僅擋住P3D．插上大頭針P4，使P4擋住P3和P1、P2的像BD[解析]

應(yīng)該使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像，只有這樣P1、P2、P3、P4才是一條光線，因此B、D正確，A、C錯(cuò)誤．故選BD．(2)圖甲是他在操作過程中的一個(gè)狀態(tài)，請(qǐng)你指出第四枚大頭針P4應(yīng)在圖甲中的位置________(選填“A”“B”或“C”)；[解析]

由于aa′和bb′兩個(gè)邊界平行，因此出射光線與入射光線也應(yīng)平行，因此P4的位置在B點(diǎn)．B

(3)如圖乙所示，該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫得過寬，若其他操作正確，則折射率的測(cè)量值_____準(zhǔn)確值(選填“大于”“小于”或“等于”)．小于

【典例2】小顯和小濤同學(xué)“用插針法測(cè)玻璃棱鏡的折射率”．(1)小顯同學(xué)按實(shí)驗(yàn)步驟，先在紙上插下兩枚大頭針P1、P2，然后在玻璃棱鏡的另一側(cè)插下另外兩枚大頭針，如圖甲所示．則插針一定錯(cuò)誤的是________(選填“P3、P4”或“P5、P6”)，按實(shí)驗(yàn)要求完成光路圖，并標(biāo)出相應(yīng)的符號(hào)，所測(cè)出的玻璃棱鏡的折射率n＝________．P5、P6

(2)小濤同學(xué)突發(fā)奇想，用兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡ABC來(lái)做實(shí)驗(yàn)，兩者的AC面是平行放置的，如圖乙所示．插針P1、P2的連線垂直于AB面，若操作正確的話，則在圖乙中右邊的插針應(yīng)該是________(選填“P3、P4”“P3、P6”“P5、P4”或“P5、P6”)．P5、P6[解析]

根據(jù)光路圖可知，經(jīng)過P1P2的光線經(jīng)兩塊玻璃磚的分界處后向下偏，然后射入右側(cè)玻璃磚后平行射出，則圖乙中右邊的插針應(yīng)該是P5、P6．學(xué)習(xí)效果·隨堂評(píng)估自測(cè)031．某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定半圓形玻璃磚的折射率n．如圖甲所示，O是圓心，MN是法線，AO、BO分別表示某次測(cè)量時(shí)光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑．該同學(xué)測(cè)得多組入射角i和折射角r，作出sini-sinr圖像如圖乙所示．則(

)A．光由A經(jīng)O到B，n＝1.5 B．光由B經(jīng)O到A，n＝1.5C．光由A經(jīng)O到B，n＝0.67 D．光由B經(jīng)O到A，n＝0.671234√56

2．某同學(xué)由于沒有量角器，他在完成了光路圖后，以O(shè)點(diǎn)為圓心，10cm為半徑畫圓，分別交線段OA于A點(diǎn)，交線段OO′的延長(zhǎng)線于C點(diǎn)，過A點(diǎn)作法線NN′的垂線AB交NN′于B點(diǎn)，過C點(diǎn)作法線NN′的垂線CD交NN′于D點(diǎn)，如圖所示．用刻度尺量得OB＝8cm，CD＝4cm，由此可得出玻璃的折射率n＝________．123451.5

63．在“測(cè)定玻璃折射率”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，如圖甲所示．(1)在圖乙中畫出完整的光路圖；123456[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傳播的方向．光路如圖所示．[答案]見解析123456123456(2)對(duì)你畫出的光路圖進(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(1.50～1.56均可)

4．某小組做測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙．(1)下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度________．A．選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B．選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚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12345AD6[解析]

采用插針法測(cè)定玻璃的折射率的時(shí)候，應(yīng)選定光學(xué)表面間距大一些的玻璃磚，這樣光路圖會(huì)更加清晰，減小誤差，同時(shí)玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針的距離盡量大一些，保證光線的直線度，因此A、D正確；光學(xué)表面是否平行不影響該實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，因此B錯(cuò)誤；應(yīng)選用細(xì)一點(diǎn)的大頭針，因此C錯(cuò)誤．123456(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四個(gè)大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是________．12345A

B

C

D[解析]

根據(jù)光的折射定律可知，當(dāng)選用平行的玻璃磚時(shí)出射光和入射光應(yīng)是平行光，又因發(fā)生了折射，因此出射光的出射點(diǎn)應(yīng)相比入射光的延長(zhǎng)線向下平移，因此D正確，A、B、C錯(cuò)誤．D6(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)，如圖所示，則玻璃的折射率n＝_____．(用圖中線段的字母表示)12345

65．圖(a)是某同學(xué)用平行玻璃磚測(cè)玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，圖中aa′和bb′分別代表玻璃磚的兩個(gè)界面．(1)如圖(a)所示，AO代表入射光線，O′B代表出射光線，則OO′代表________，玻璃的折射率可以用公式________進(jìn)行計(jì)算．12345折射光線

6(2)若實(shí)驗(yàn)中，已畫好玻璃磚界面aa′和bb′，若不慎將玻璃磚向上平移了一些，如圖(b)中所示，實(shí)驗(yàn)中其他操作均正確，測(cè)得的折射率將________．A．偏大

B．偏小C．不變

D．無(wú)法確定12345C6[解析]

如圖所示．玻璃磚向上平移了一些，則經(jīng)過玻璃磚的實(shí)際光路如圖中A→O→O′→B，由于所作的玻璃磚分界線不是實(shí)際的分界線，則作圖得到的經(jīng)過玻璃磚的光線如圖中A→A′→O″→B，則測(cè)出的折射角與正確操作時(shí)相同，測(cè)得的折射率不變．故選C．123456(3)若實(shí)驗(yàn)中利用圖(c)所示的玻璃磚，以插針法測(cè)玻璃的折射率，如圖P1、P2、P3、P4為插針位置，由于玻璃磚的兩個(gè)面aa′和bb′明顯不平行，那么P1P2和P3P4________(選填“平行”或“不平行”)．12345不平行6[解析]

無(wú)論玻璃磚的兩個(gè)面aa′和bb′是否平行，進(jìn)入玻璃磚時(shí)折射光線射到的位置固定不變，即P2、P3在aa′和bb′面上照射的位置固定，但由于aa′和bb′不平行時(shí)，在bb′面的入射角比平行時(shí)的入射角大，則折射角也會(huì)變大，但折射角增大的度數(shù)與入射角增大的度數(shù)不相等，故P1P2和P3P4不平行．123456(4)用插針法測(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面aa′和bb′與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖(d)、(e)、(f)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′和bb′為界面畫光路圖，則：123456①甲同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比________(選填“偏大”“偏小”“不變”或“無(wú)法確定”)；②乙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比________(選填“偏大”“偏小”“不變”或“無(wú)法確定”)；③丙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比________(選填“偏大”“偏小”“不變”或“無(wú)法確定”)．123456偏小不變無(wú)法確定

12345②乙同學(xué)所用玻璃磚的兩個(gè)界面雖然不平行，但在操作時(shí)和作圖時(shí)均無(wú)失誤，入射角和折射角沒有誤差，故測(cè)出的n值不變．6③丙同學(xué)的測(cè)量可能出現(xiàn)三種可能，當(dāng)出射點(diǎn)為