物理粵教版學(xué)案第章第二節(jié)測(cè)定介質(zhì)的折射率

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第二節(jié)測(cè)定介質(zhì)的折射率學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1．能說出測(cè)定介質(zhì)折射率的實(shí)驗(yàn)原理．2．會(huì)正確地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作．3．會(huì)分析產(chǎn)生誤差的原因，并能在實(shí)驗(yàn)時(shí)盡可能減小誤差．4．會(huì)正確地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．重點(diǎn)：1．實(shí)驗(yàn)步驟．2．?dāng)?shù)據(jù)處理．難點(diǎn)：分析誤差來源，提高實(shí)驗(yàn)的精確度．一、實(shí)驗(yàn)原理用插針法確定光路,找出與入射光線對(duì)應(yīng)的玻璃中的折射光線,從而測(cè)出一組對(duì)應(yīng)的入射角θ1和折射角θ2，根據(jù)折射定律n＝eq\f（sinθ1,sinθ2)，求出玻璃的折射率．二、實(shí)驗(yàn)步驟1．將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（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，如圖．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．在線段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所在處作線段O′B與bb′交于O′,線段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(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．8．算出不同入射角時(shí)的比值eq\f(sinθ1,sinθ2），最后求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測(cè)eq\f（sinθ1，sinθ2)的平均值，即為玻璃磚的折射率．預(yù)習(xí)交流本實(shí)驗(yàn)是用插針法測(cè)兩面平行的玻璃磚的折射率，如果沒有長(zhǎng)方形玻璃磚，用兩面不平行的玻璃磚能否測(cè)出玻璃的折射率?答案:能．如圖所示，按照本實(shí)驗(yàn)的方法可以確定入射光線AO的位置和入射角θ1，也可以確定出射光線O′B的位置,連結(jié)入射點(diǎn)O和出射點(diǎn)O′的光線即為與AO對(duì)應(yīng)的折射光線OO′，由此可以確定折射角θ2，再由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2）即可求出玻璃的折射率．一、實(shí)驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)處理1．本實(shí)驗(yàn)需要哪些實(shí)驗(yàn)器材？答案：玻璃磚、大頭針、平木板、白紙、圖釘、直尺、量角器．2．怎樣確定與入射光線AO相對(duì)應(yīng)的折射光線？答案：在玻璃磚的一側(cè)AO上插兩個(gè)大頭針A、B,眼睛在另一側(cè)透過玻璃磚看兩個(gè)大頭針，使B把A的像擋?。谘劬@一側(cè)再插第三個(gè)大頭針C，使它把A、B的像都擋住，插第四個(gè)大頭針D，使它把A、B、C的像都擋住，那么后兩個(gè)大頭針就確定了從玻璃磚射出的光線,然后聯(lián)接入射點(diǎn)與出射點(diǎn)，即為折射光線．3．為了測(cè)定玻璃磚的折射率，需測(cè)量相應(yīng)什么量?為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)采取哪些措施?答案：用量角器測(cè)量θ1、θ2．應(yīng)改變?nèi)肷浣嵌嘧鰩状危笳凵渎实钠骄担?．在本實(shí)驗(yàn)中為了盡可能提高實(shí)驗(yàn)的精確度，需要測(cè)出多個(gè)不同的入射角對(duì)應(yīng)的折射角，算出不同入射角時(shí)的比值eq\f（sinθ1,sinθ2），最后求出所測(cè)eq\f（sinθ1，sinθ2)的平均值,作為玻璃磚的折射率,這樣做雖然能減小誤差,但數(shù)據(jù)處理過程非常麻煩．請(qǐng)大家討論有沒有更簡(jiǎn)潔的處理數(shù)據(jù)的方法？答案:方法一（單位圓法）在找到入射光線和折射光線以后,以O(shè)為圓心，以任意長(zhǎng)為半徑畫圓，分別與AO交于C點(diǎn)，與OO′（或OO′的延長(zhǎng)線)交于D點(diǎn)，過C、D兩點(diǎn)分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的長(zhǎng)，如圖所示．由于sinθ1＝，sinθ2＝而CO＝DO，所以折射率n＝eq\f(sinθ1，sinθ2）＝重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，求得各次折射率的計(jì)算值，然后求其平均值即為玻璃磚折射率的測(cè)量值．方法二(圖象法）根據(jù)折射定律可得n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，因此有sinθ2＝sinθ1．在多次改變?nèi)肷浣?，測(cè)量相對(duì)應(yīng)的入射角和折射角正弦值的基礎(chǔ)上，以sinθ1值為橫坐標(biāo)、以sinθ2值為縱坐標(biāo),建立直角坐標(biāo)系，如圖所示．描數(shù)據(jù)點(diǎn)，過數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得一條過原點(diǎn)的直線．求解圖線斜率，設(shè)斜率為k，則k＝eq\f(1,n），即玻璃磚折射率n＝eq\f(1，k)．某同學(xué)做測(cè)定玻璃折射率實(shí)驗(yàn)時(shí)，用他測(cè)得的多組入射角θ1與折射角θ2，作出sinθ1－sinθ2圖象如圖所示，下列判斷中哪些是正確的（)．A．他做實(shí)驗(yàn)時(shí)，光線是由空氣射入玻璃的B．玻璃的折射率為0.67C．玻璃的折射率約為1。5D．他做實(shí)驗(yàn)時(shí)，光線是由玻璃射入空氣的答案：AC解析：由題圖可知入射角大于折射角,光線是由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，故A正確，D錯(cuò)誤;任何介質(zhì)的折射率都大于1，故B錯(cuò)誤；由折射率公式n＝eq\f(sinθ1，sinθ2），可得n＝≈1。5,故C正確．1．用單位圓法處理數(shù)據(jù)．把測(cè)量入射角和折射角轉(zhuǎn)化為測(cè)量長(zhǎng)度,易操作，誤差小．2．用圖象法處理數(shù)據(jù)．可以最大限度地減小偶然誤差．二、誤差分析和注意事項(xiàng)用插針法只能粗略地測(cè)玻璃磚的折射率，為了提高實(shí)驗(yàn)的精確度，請(qǐng)大家討論引起誤差的原因和實(shí)驗(yàn)中提高精確度的方法．答案：1．入射光線和出射光線確定得不夠精確，因此要求插大頭針時(shí)，兩大頭針間距應(yīng)適當(dāng)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．如圖所示，用插針法測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中,以下說法正確的是（）．A．P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度B．P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些，可以提高準(zhǔn)確度C．入射角θ1適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度D．入射角θ1適當(dāng)小些，可以提高準(zhǔn)確度答案：AC解析：P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些，可以減小確定光路方向時(shí)的誤差，故A對(duì)、B錯(cuò);入射角θ1適當(dāng)大些，可以減小測(cè)量角度時(shí)的誤差，C正確,D錯(cuò)誤．1．實(shí)驗(yàn)時(shí),盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P2和O點(diǎn)之間、P3和P4之間、P3和O′點(diǎn)之間距離稍大一些，可以減小確定入射光線和出射光線的誤差．2．入射角θ1應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測(cè)量角度的誤差，但入射角不宜過大，入射角過大，不容易找到出射光線．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，宜選在5cm以上的玻璃磚．若寬度太小，則測(cè)量誤差較大．1．如圖所示，一玻璃柱體的橫截面為半圓形．單色光束從空氣射入柱體的O點(diǎn)（半圓的圓心)，產(chǎn)生反射光束1和折射光束2．已知玻璃柱的折射率為eq\r(3）,入射角為45°（相應(yīng)的折射角為24°）．現(xiàn)保持入射光不變，將半圓柱繞通過O點(diǎn)垂直于紙面的軸線順時(shí)針轉(zhuǎn)過15°，如圖中虛線所示，則（）．A．光束1轉(zhuǎn)過15°B．光束1轉(zhuǎn)過30°C．光束2轉(zhuǎn)過的角度小于15°D．光束2轉(zhuǎn)過的角度大于15°答案：BC解析：轉(zhuǎn)動(dòng)前，光束1(反射光線）與入射光線間的夾角為A＝45°×2＝90°，光束2（折射光線）與入射光線間的夾角為B＝（45°＋90°＋24°）＝159°；轉(zhuǎn)動(dòng)后，反射光與入射光的夾角A′＝60°×2＝120°，根據(jù)折射定律eq\f（sin60°，sinr)＝eq\r（3）得r＝30°，則折射光線與入射光線間的夾角為B′＝30°＋90°＋30°＝150°，得ΔA＝A′－A＝30°,ΔB＝B－B′＝9°，故B、C項(xiàng)正確．2．某同學(xué)用插針法測(cè)定玻璃磚的折射率,他的實(shí)驗(yàn)方法和操作步驟正確無誤．但他處理實(shí)驗(yàn)記錄時(shí)發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個(gè)光學(xué)面aa′與bb′不平行，如圖所示,則（）．A．P1P2與P3P4兩條直線平行B．P1P2與P3P4兩條直線不平行C．他測(cè)出的折射率偏大D．他測(cè)出的折射率不受影響答案:BD解析：如題圖所示．在光線由aa′面進(jìn)入玻璃磚的偏折現(xiàn)象中：由折射定律n＝eq\f（sinα,sinβ)在光線由bb′射出玻璃磚的現(xiàn)象中，同理n＝eq\f(sinr,sini)若aa′與bb′平行，則i＝β，因此：α＝r．此時(shí)入射光線AO與出射光線O′B平行．若aa′與bb′不平行，則i≠β，因此α≠r．此時(shí)入射光線AO與出射光線O′B不平行．選項(xiàng)B正確．在具體測(cè)定折射率時(shí)，如果實(shí)驗(yàn)方法、光路均準(zhǔn)確無誤，折射率的測(cè)量值應(yīng)不受aa′與bb′是否平行的影響，選項(xiàng)D正確．3．用三棱鏡測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的另一側(cè)觀察,調(diào)整視線使P1的像被P2擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3和P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像，在紙上標(biāo)出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖所示．（1）在本題的圖上畫出所需的光路．(2)為了測(cè)出棱鏡玻璃的折射率,需要測(cè)量的量是________．（3）計(jì)算折射率的公式是n＝________．答案：（1）略(2）i、r或EF、OG、OE、GH（3)eq\f（sini,sinr)（或eq\f（EF,OE）·eq\f（OG，GH））解析：（1)如下圖所示，畫出通過P1、P2、P3、P4的光線，注意棱鏡內(nèi)的那部分路徑必須畫出．（2）入射角i，折射角r或填線段EF、OE、GH、OG．（3）或4．用“插針法”測(cè)定透明半圓柱玻璃磚的折射率,O為玻璃磚截面的圓心，使入射光線跟玻璃磚的平面垂直，如圖所示的四個(gè)圖中,P1、P2、P3和P4是四個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)插針的結(jié)果．（1)在這四個(gè)圖中肯定把針插錯(cuò)了的是__________．(2）在這四個(gè)圖中可以比較準(zhǔn)確地測(cè)出折射率的是__________，計(jì)算折射率的公式是__________．答案：（1）A（2）Dn＝eq\f(sinθ2，sinθ1）解析:（1）垂直射入半圓柱玻璃磚平面的光線，經(jīng)玻璃磚折射后，折射光線不能與入射光線平行（除過圓心的光線），A錯(cuò)．（2）測(cè)量比較準(zhǔn)確的是D圖，因B圖的入射光線經(jīng)過圓心,出射光線沒有發(fā)生折射，C圖的入射光線離圓心太近，射到圓界面上時(shí)，入射角太小不易測(cè)量，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差．測(cè)量出入射角θ1與折射角θ2后，由折射定律求出折射率n＝eq\f(sinθ2，sinθ1)．5．如圖所示，用某種透光物質(zhì)制成的直角三棱鏡ABC；在垂直于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)先后插上兩枚大頭針P3、P4,使P3________,P4________．記下P3、P4的位置，移去大頭針和三棱鏡，