人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學案1：實驗：測量玻璃的折射率

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE1實驗：測定玻璃的折射率〖實驗目標〗1.知道測量玻璃的折射率的原理、方法和步驟。2.會確定入射光線、折射光線、入射角及折射角。3.學會用不同方法計算玻璃的折射率?！紝嶒炋骄俊揭?、實驗設計1．實驗方案如圖所示，當光以一定的入射角透過一塊兩面平行的玻璃磚時，只要找出與入射光線AO相對應的出射光線O′B即可。2．實驗原理用插針法確定光路，找出跟入射光線相對應的折射光線，用量角器測入射角θ1和折射角θ2，根據折射定律計算出玻璃的折射率n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。3．實驗器材玻璃磚、白紙、木板、大頭針四枚、圖釘四枚、量角器、三角板(或直尺)、鉛筆。二、實驗步驟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．把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟aa′對齊，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，調整視線方向直到P2的像擋住P1的像。再在觀察者一側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，從三角函數表中查出它們的正弦值，把這些數據記錄在自己設計的表格中。7．用上述方法求出入射角分別為30°、45°、60°時的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中。8．算出不同入射角時的比值eq\f(sinθ1,sinθ2)，最后求出在幾次實驗中所測eq\f(sinθ1,sinθ2)的平均值，即為玻璃磚的折射率。三、數據處理處理方式一：在找到入射光線和折射光線以后，以入射點O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點，與OO′(或OO′的延長線)交于D點，過C、D兩點分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的長，如圖甲所示。甲乙由于sinθ1＝eq\f(CC′,CO)，sinθ2＝eq\f(DD′,DO)，而CO＝DO，所以折射率n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(CC′,DD′)。重復以上實驗，求得各次折射率的計算值，然后求其平均值即為玻璃磚折射率的測量值。處理方式二：根據折射定律可得n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)因此有sinθ2＝eq\f(1,n)sinθ1。在多次改變入射角、測量相對應的入射角和折射角正弦值基礎上，以sinθ1值為橫坐標、以sinθ2值為縱坐標，建立直角坐標系如圖乙所示，描數據點，過數據點連線得到一條過原點的直線。求解圖線斜率，設斜率為k，則k＝eq\f(1,n)，故玻璃磚折射率n＝eq\f(1,k)。四、注意事項1．實驗時，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折點之間的距離要稍大一些。2．入射角θ1應適當大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大。3．在操作時，手不能觸摸玻璃磚的光學面，更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線。4．在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。5．玻璃磚應選用寬度較大的，宜在5cm以上。若寬度太小，則測量誤差較大。五、實驗誤差1．入射光線和出射光線確定的不夠精確。因此要求插大頭針時兩大頭針間距應稍大。2．入射角、折射角測量的不精確。為減小測角時的相對誤差，入射角要稍大些，但不宜太大，入射角太大時，反射光較強，折射光會相對較弱?！嫉淅觥筋愋鸵粚嶒炘砼c操作例1如圖1所示，某同學在“測量玻璃的折射率”的實驗中，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。在直線OA上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針。圖1圖2圖3(1)該同學接下來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(2)過P3、P4作直線交bb′于O′，過O′作垂直于bb′的直線NN′，連接OO′。測量圖中角α和β的大小，則玻璃磚的折射率n＝________。(3)如圖2所示，該同學在實驗中將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫得過寬。若其他操作正確，則折射率的測量值________準確值(選填“大于”“小于”或“等于”)。(4)該同學準確的畫好玻璃磚界面aa′和bb′后，實驗過程中不慎將玻璃磚向下平移了一些。如圖3所示，若其他操作正確，則折射率的測量值________準確值(選填“大于”“小于”或“等于”)。類型二數據處理與分析例2如圖所示，某同學用插針法測量一半圓形玻璃磚的折射率。在平鋪的白紙上垂直于紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心O，在玻璃磚(圖中實線部分)另一側垂直紙面插大頭針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稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點。(1)設AB的長度為l1，AO的長度為l2，CD的長度為l3，DO的長度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量________，則玻璃磚的折射率可表示為________。(2)該同學在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O為圓心順時針轉過一小角度，由此測得玻璃磚的折射率將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。類型三創(chuàng)新實驗設計例3某同學設計了一個測量液體折射率的儀器，如圖所示。在一個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，每次測量時，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。同學們通過計算，預先在圓周EC部分刻好了折射率的值。這樣只要根據P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值。(1)若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所對應的折射率的值為________。(2)圖中P3、P4兩位置哪一處所對應的折射率值大？________。(3)作AO的延長線交圓周于K，K處所對應的折射率的值應為________。

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖典例精析〗例1〖答案〗(1)BD(2)eq\f(sinβ,sinα)(3)小于(4)等于〖解析〗(1)該同學接下來要完成的必要步驟有：確定P3大頭針的位置，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，方法是大頭針P4能擋住P3和P1、P2的像。故該同學接下來要完成的必要步驟有B、D。(2)根據折射定律得：玻璃磚的折射率為n＝eq\f(sinβ,sinα)。(3)將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫得過寬但仍平行，而其他操作正確，導致α角偏大，由于n＝eq\f(sinβ,sinα)，故折射率的測量值將偏小。(4)如圖所示，實線表示將玻璃磚向下平移后實際的光路圖，而虛線是作圖時所采用的光路圖，通過比較發(fā)現(xiàn)，入射角和折射角沒有變化，則由折射定律得知，該同學測得的折射率將不變。例2〖答案〗(1)l1和l3n＝eq\f(l1,l3)(2)偏大〖解析〗(1)sini＝eq\f(l1,BO)，sinr＝eq\f(l3,CO)，因此玻璃的折射率n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(\f(l1,BO),\f(l3,CO))＝eq\f(l1,l3)，因此只需測量l1和l3即可。(2)當玻璃磚順時針轉過一個小角度時，在處理數據時，認為l1是不變的，即入射角不變，而l3減小，所以測量值n＝eq\f(l1,l3)將偏大。例3