高中物理(新教材)選修1課件2：實(shí)驗(yàn)：測(cè)量玻璃的折射率 人教版

第4章光實(shí)驗(yàn)：測(cè)量玻璃的折射率1.會(huì)用“插針法”確定入射光線、折射光線2.會(huì)用公式法、圖像法(sin

θ1-sin

θ2圖)求折射率3.會(huì)控制實(shí)驗(yàn)誤差學(xué)習(xí)目標(biāo)

實(shí)驗(yàn)探究四、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θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON',用量角器量出入射角和折射角。7.用上述方法測(cè)出入射角θ1分別為30°、45°、60°時(shí)的折射角θ2。

3.單位圓法:在不使用量角器的情況下,可以用畫單位圓法。(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E作NN'的垂線EH,過E'作NN'的垂線E'H',如圖所示。六、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θ1應(yīng)適當(dāng)大一些,以減小測(cè)量角度的誤差,但不宜太大。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。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。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。例1

如圖所示,某同學(xué)在測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中,先將方格紙平鋪在木板上并用圖釘固定,玻璃磚平放在方格紙上,然后在方格紙上確定玻璃磚的界面aa'和bb',畫上一條角度合適的直線MO,在直線MO上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針。一、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法典例精析(1)該同學(xué)接下來要完成的必要步驟是

;

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例1

如圖所示,某同學(xué)在測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中,先將方格紙平鋪在木板上并用圖釘固定,玻璃磚平放在方格紙上,然后在方格紙上確定玻璃磚的界面aa'和bb',畫上一條角度合適的直線MO,在直線MO上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針。解析(2)通過正確的操作得到了部分光路圖,則此玻璃磚的折射率n=

(保留兩位有效數(shù)字)。

1.4二、實(shí)驗(yàn)誤差的分析典例精析例2在利用插針法測(cè)量玻璃折射率的實(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,如圖甲所示。則他測(cè)出的折射率將

(選填“偏大”“偏小”或“不變”);

解析

(1)如圖甲所示,入射點(diǎn)為入射光線與aa'直線的交點(diǎn),出射點(diǎn)為出射光線與bb'直線的交點(diǎn),兩交點(diǎn)的連線為折射光線,由圖甲可知,測(cè)得的入射角、折射角與真實(shí)的入射角、折射角相等,因此測(cè)得的折射率將不變。不變例2在利用插針法測(cè)量玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中:(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,如圖乙所示,則他測(cè)得的折射率

(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

解析

(2)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。偏小

規(guī)律方法

規(guī)律方法三、實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新典例精析例3某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量液體折射率的儀器,如圖所示。在一個(gè)圓形木盤上過其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF,在半徑OA上垂直圓盤面插下兩枚大頭針P1、P2并保持P1、P2的位置不變,每次測(cè)量時(shí),讓圓盤的BFC部分豎直浸入液體中,而且使液面與直徑BC相平,EF為界面的法線,而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像,并在圓周上插上大頭針P3,使P3正好擋住P1、P2的像。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,就可直接讀出液體折射率的值。

(2)圖中P3、P4兩位置哪一處所對(duì)應(yīng)的折射率值大?

。

(3)作AO的延長(zhǎng)線交圓周于K,K處所對(duì)應(yīng)的折射率的值應(yīng)為

。

解析

(2)P4對(duì)應(yīng)的入射角大,折射角相同,所以對(duì)應(yīng)的折射率大。(3)當(dāng)在K位置時(shí),入射角與折射角相等,所以折射率等于1。P411.(多選)在做測(cè)量玻璃磚的折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí),下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)要求的敘述正確的是(

)A.玻璃磚的寬度宜大些B.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上C.每邊的兩個(gè)大頭針的距離近些容易觀察D.在插P4時(shí),只要擋住P3的光線就行,與P1、P2無關(guān)解析

玻璃磚寬大些,入射光、出射光與界面的交點(diǎn)偏移距離大,便于畫圖和測(cè)量。大頭針垂直插在紙上可減少誤差,每邊的兩個(gè)大頭針的距離過近,測(cè)量誤差較大,在插P4時(shí)要擋住P3和P1、P2的像,與P1、P2有關(guān)。AB隨堂演練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=

。

1.5備用工具&資料1.(多選)在做測(cè)量玻璃磚的折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí),下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)要求的敘述正確的是(

)A.玻璃磚的寬度宜大些B.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上C.每邊的兩個(gè)大頭針的距離近些容易觀察D.在插P4時(shí),只要擋住P3的光線就行,與P1、P2無關(guān)解析

玻璃磚寬大些,入射光、出射光與界面的交點(diǎn)偏移距離大,便于畫圖和測(cè)量。大頭針垂直插在紙上可減少誤差,每邊的兩個(gè)大頭針的距離過近,測(cè)量誤差較大,在插P4時(shí)要擋住P3和P1、P2的像,與P1、P2有關(guān)。AB隨堂演練三、實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新典例精析例3某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量液體折射率的儀器,如圖所示。在一個(gè)圓形木盤上過其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF,在半徑OA上垂直圓盤面插下兩枚大頭針P1、P2并保持P1、P2的位置不變,每次測(cè)量時(shí),讓圓盤的BFC部分豎直浸入液體中,而且使液面與直徑BC相平,EF為界面的法線,而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像,并在圓周上插上大頭針P3,使P3正好擋住P1、P2的像。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,就可直接讀出液體折射率的值。

實(shí)驗(yàn)探究四、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.單位圓法:在不使用量角器的情況下,可以用畫單位圓法。(1)以入射點(diǎn)O為圓心,以一定長(zhǎng)度R為半徑畫圓