2022年高考物理一輪復(fù)習(xí)第十四章振動(dòng)和波光第5課時(shí)測(cè)定玻璃的折射率學(xué)案新人教版

第5課時(shí)測(cè)定玻璃的折射率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．測(cè)定玻璃的折射率。2．學(xué)會(huì)用插針?lè)ù_定光路。二、實(shí)驗(yàn)原理如下圖，當(dāng)光線AO1以一定的入射角θ1穿過(guò)兩面平行的玻璃磚時(shí)，通過(guò)插針?lè)ㄕ页龈肷涔饩€AO1對(duì)應(yīng)的出射光線O2B，從而求出折射光線O1O2和折射角θ2，再根據(jù)n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)算出玻璃的折射率。三、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。謹(jǐn)記局部器材用途玻璃磚被測(cè)物體大頭針、三角板、鉛筆確定光線通過(guò)玻璃磚的光路圖量角器測(cè)定入射角和折射角四、實(shí)驗(yàn)步驟1．把白紙鋪在木板上并用圖釘固定。2．如下圖，在白紙上畫(huà)一直線aa′作為界面，過(guò)aa′上的一點(diǎn)O畫(huà)出界面的法線NN′，并畫(huà)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，并使其長(zhǎng)邊與aa′重合，再用三角板畫(huà)出玻璃磚的另一邊bb′。4．在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2。5．從玻璃磚bb′一側(cè)透過(guò)玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線的方向直到P1的像被P2的像擋住。再在bb′一側(cè)插上兩枚大頭針P3、P4，使P3能擋住P1、P2的像，P4能擋住P3本身及P1、P2的像。6．移去玻璃磚，在拔掉P1、P2、P3、P4的同時(shí)分別記下它們的位置，過(guò)P3、P4作直線O′B交bb′于O′。連接O、O′，OO′就是玻璃磚內(nèi)的折射光線?！螦ON為入射角，∠O′ON′為折射角。7．改變?nèi)肷浣?，重?fù)實(shí)驗(yàn)。五、數(shù)據(jù)處理1．計(jì)算法用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。算出入射角不同時(shí)的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值。2．sinθ1sinθ2圖像法改變?nèi)肷浣铅?，測(cè)出對(duì)應(yīng)的折射角θ2，作sinθ1-sinθ2圖像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知圖像應(yīng)為過(guò)原點(diǎn)的直線，如下圖，其斜率為折射率。3．“單位圓法〞確定sinθ1、sinθ2，計(jì)算折射率n以入射點(diǎn)O為圓心，以一定長(zhǎng)度R為半徑畫(huà)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E′H′。如下圖，sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，那么n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′)，只要測(cè)出EH、E′H′的長(zhǎng)度就可以求出n。六、誤差分析1．入射光線、出射光線確定的準(zhǔn)確性造成誤差，故入射側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針間距應(yīng)大一些。2．入射角和折射角的測(cè)量造成誤差，故入射角應(yīng)適當(dāng)大些，以減小測(cè)量的相對(duì)誤差。七、考前須知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、P2與O、P3與O′之間距離要稍大一些。2．入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0)。太大：反射光較強(qiáng)，出射光較弱；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(huà)界線。4．實(shí)驗(yàn)過(guò)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，假設(shè)寬度太小，那么測(cè)量誤差較大。1．某同學(xué)利用“插針?lè)è暅y(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)角度如下圖。(1)此玻璃的折射率計(jì)算式為n＝________(用圖中的θ1、θ2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(lái)測(cè)量。解析：(1)據(jù)題圖可知入射角為(90°－θ1)，折射角為(90°－θ2)，那么玻璃的折射率為n＝eq\f(sin90°－θ1,sin90°－θ2)＝eq\f(cosθ1,cosθ2)。(2)玻璃磚越寬，光線在玻璃磚內(nèi)的傳播方向越容易確定，測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確。故應(yīng)選用寬度大的玻璃磚來(lái)測(cè)量。答案：(1)eq\f(cosθ1,cosθ2)(2)大2.如下圖，某同學(xué)用插針?lè)y(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(guò)圓心O，在玻璃磚(圖中實(shí)線局部)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為分界線，虛線半圓與玻璃磚對(duì)稱(chēng)，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)。(1)設(shè)AB的長(zhǎng)度為l1，AO的長(zhǎng)度為l2，CD的長(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________，那么玻璃磚的折射率可表示為_(kāi)_______。(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(guò)一小角度，由此測(cè)得玻璃磚的折射率將________(選填“偏大〞“偏小〞或“不變〞)。解析：(1)sinθ1＝eq\f(l1,BO)，sinθ2＝eq\f(l3,CO)，因此玻璃磚的折射率n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(\f(l1,BO),\f(l3,CO))＝eq\f(l1,l3)，因此只需測(cè)量l1和l3即可。(2)玻璃磚順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度，在處理數(shù)據(jù)時(shí)，認(rèn)為l1是不變的，即入射角不變，而l3減小，所以測(cè)量值n＝eq\f(l1,l3)將偏大。答案：(1)l1和l3eq\f(l1,l3)(2)偏大3．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AO與aa′的交點(diǎn)。在直線OA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、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(2)過(guò)P3、P4作直線交bb′于O′，過(guò)O′作垂直于bb′的直線NN′，連接O、O′，測(cè)量圖甲中角α和β的大小。那么玻璃磚的折射率n＝________。(3)如圖乙、丙所示，該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫(huà)得過(guò)寬。假設(shè)其他操作正確，圖乙折射率的測(cè)量值________準(zhǔn)確值；圖丙折射率的測(cè)量值________準(zhǔn)確值(均填“大于〞“小于〞或“等于〞)。解析：(1)確定P3大頭針的位置的方法是插上大頭針P3，使P3能擋住P1、P2的像。確定P4大頭針的位置的方法是使大頭針P4能擋住P3和P1、P2的像，選項(xiàng)B、D正確。(2)根據(jù)折射定律，玻璃磚的折射率為n＝eq\f(sinβ,sinα)。(3)乙圖中將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫(huà)得過(guò)寬但仍平行，而其他操作正確，導(dǎo)致α角測(cè)量值偏大，而β角測(cè)量值準(zhǔn)確，由于n＝eq\f(sinβ,sinα)，故折射率的測(cè)量值將偏小。同理，丙圖中將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫(huà)得過(guò)寬但仍平行，而其他操作正確，同樣會(huì)導(dǎo)致α角測(cè)量值偏大，而β角測(cè)量值準(zhǔn)確，由于n＝eq\f(sinβ,sinα)，故折射率的測(cè)量值將偏小。答案：(1)BD(2)eq\f(sinβ,sinα)(3)小于小于4．(2021·天津高考)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)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(huà)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(guò)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)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插在玻璃磚同側(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；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(zhǎng)的大頭針，應(yīng)選項(xiàng)A、D正確，B、C錯(cuò)誤。(2)由題圖可知，選用的玻璃磚兩光學(xué)外表平行，那么入射光線與出射光線平行，B、C錯(cuò)誤；由光線在空氣中的入射角大于玻璃中的折射角，畫(huà)圖可知正確的圖為D。(3)如下圖，玻璃的折射率n＝