2019版高考物理一轮复习第十五章光电磁波与相对论第3讲实验：测定玻璃的折射率学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 3 讲 实验：测定玻璃的折射率 微知识 1 实验目的 1测定玻璃的折射率。 2学会用插针法确定光路。 微知识 2 实验原理 如图所示，当光线 AO 以一定的入射角 1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线 AO对应的出射光线 O B，从而求出折射光线 OO 的折射角 2，再根据 n sin 1sin2或 n PNQN 算出玻璃的折射率。 微知识 3 实验器材 玻璃砖，白纸，木板，大头针，图钉，量角器 (或圆规 )，三角板，铅笔。 微知识 4 实验步骤 1把白纸用 图钉钉在木板上。 2在白纸上画出一条直线 aa 作为界面，画一条线段 AO 作为入射光线，

2、并过 O 点画出界面 aa 的法线 NN( 如图所示 )。 【 精品教育资源文库 】 3 把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一条边跟 aa 对齐，并画出玻璃砖的另一界面 bb 。 4在 AO 线段上竖直地插上两枚大头针 P1、 P2。 5在玻璃砖的 bb 一侧竖直地插上大头针 P3，用眼睛观察并调整视线，使 P3能同时挡住 P1和 P2的像。 6同样的，在玻璃砖的 bb 一侧再竖直地插上大头针 P4，使 P4能挡住 P3本身和 P1、P2的像。 7记下 P3、 P4的位置，移去玻璃 砖和大头针，过 P3、 P4引直线 O B 与 bb 交于 O 点，连接 OO ， OO 就是玻璃砖内的折射光

3、线的方向，入射角 1 AON，折射角 2 O ON 。 8用量角器量出入射角 1和折射角 2的度数。 9从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记入自己设计的表格里。 10用上面的方法分别作出入射角是 30 、 45 、 60 时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据也记在表格里。 11算出不同入射角时 sin 1sin2的值，比较一下，看它们是否接近一个常数，求出几次实验中所 测 sin 1sin2的平均值，这就是玻璃的折射率。 微知识 5 注意事项 1实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且 P1和 P2之间、 P3和 P4之间距离要稍大一些。 2入射角 1不宜太大 (接近 9

4、0) ，也不宜太小 (接近 0) 。太大：反射光较强，折射光较弱；太小：入射角、折射角测量的相对误差较大。 3操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 4实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 5玻璃砖应选用宽度较大的，宜在 5 cm 以上，若宽度太小，则测量误 差较大。 【 精品教育资源文库 】 一、思维辨析 (判断正误，正确的画 “” ，错误的画 “” 。 ) 1测定玻璃的折射率的实验中只能用两面平行的玻璃砖，用棱镜不能测定玻璃的折射率。 () 2两面平行的玻璃砖厚度适当大些，测量的误差较小。 () 二、对点微练 1.(实验原理和操作 )某同学利用 “

5、 插针法 ” 测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行。正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示。 (1)此玻璃的折射率计算式为 n _(用图中的 1、 2表示 )。 (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选 择，为了减小误差，应选用宽度_(填 “ 大 ” 或 “ 小 ”) 的玻璃砖来测量。 解析 (1)光线由空气射入玻璃的入射角 i 90 1，折射角 r 90 2，由折射率的定义可得 n sinisinr 1 2 cos 1cos2，根据平行玻璃砖对光线的影响可知，玻璃砖宽度越大，侧移量越大，折射角的测量误差越小。 答案 (1)cos 1cos2(或 1 2) (2)大 2 (数

6、据处理和误差分析 )在用插针法测定玻璃砖的折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面 aa 、 bb 与玻璃砖位置的关系分别如图 和 所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确，且均以aa 、 bb 为 界面画光路图。 【 精品教育资源文库 】 (1)甲同学测得的折射率与真实值相比 _(填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 不变 ”) 。 (2)乙同学测得的折射率与真实值相比 _(填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 不变 ”) 。 (3)丙同学 测得的折射率与真实值相比 _。 解析 (1)用图 测定折射率时，玻璃中折射光线偏折大了，所以折射

7、角增大，折射率变小； (2)用图 测定折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关； (3)用图 测定折射率时，无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不变。 答案 (1)偏小 (2)不变 (3)可能偏大、可能偏小、可能不变 见学生用书 P221 微考点 实验操作和数据处理 核 |心 |微 |讲 求折射率的三种方法 1计算法 用量角器测量入射角 1和折射角 2，算出不同入射角时的 sin 1sin2，并取平均值。 2图象法 改变不同的入射角 1，测出不同的折射角 2，作 sin 1 sin 2图象，由 n sin 1sin2可知图象应为直线，如图所示，其斜率就是玻璃的折

8、射率。 3辅助线段法 利用刻度尺作辅助线，测出辅助线的长度大小，求玻璃的折射率。 典 |例 |微 |探 【例】 如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针 P1、 P2，确定入射光线，并让入射光线过圆心 O，在玻璃砖 (图 中实线部分 )另一侧垂直纸面插大头针 P3，使 P3挡住 P1、 P2的像，连接 OP3。图中 MN 为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称， B、 C 分别是入射光线、折射光线与圆的交点， AB、 CD 均垂直于法线并分别交法线于 A、 D 点。 【 精品教育资源文库 】 (1)设 AB 的长度为 l1， AO 的长度为 l2， CD 的

9、长度为 l3， DO 的长度为 l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量 _，则玻璃砖的折射率可表示为 _。 (2)该同学在插大头针 P3前，不小心将玻璃砖以 O 为圆心顺时针转过一个小角度，由此测得玻璃砖的折射率将 _(填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 不变 ”) 。 【解题导思】 当玻璃砖顺时针转过一个小角度后，折射光线与作出的原法线间的夹角增大还是减小？ 答： 减小。 解析 本题考查插针法测玻璃折射率的实验原理、方法迁移及误差分析。 (1)如题图所示， sin 1 l1BO， sin 2 l3CO，因此玻璃的折射率 n sin 1sin2l1BOl3CO l1l3，因此只

10、需测量 l1和 l3即 可。 (2)计算的 1和 2比真实值减小相同的角度，因为 1 2，所以 sin 2减小更明显，n 计算值偏大。 答案 (1)l1、 l3 n l1l3(2)偏大 题 |组 |微 |练 1.如图所示是用某种透光物质制成的直角三棱镜 ABC；在垂直 AC 面的直线 MN 上插两枚大头针 P1， P2，在 AB 面的左侧透过棱镜观察大头针 P1， P2的像，调整视线方向，直到 P1的像 _，再在观察的这一侧先后插入两枚大头针 P3， P4，使 P3_， P4_，记下 P3， P4的位置，移去大 头针和三棱镜，过 P3， P4作直线与 AB 面相交于 D，量出该直线与 AB 面

11、的夹角为 45 ，则该透光物质的折射率 n _，并在图中正确地画出完整的光路图。 【 精品教育资源文库 】 解析 折射率的测定原理是依据折射定律 n sin 1sin2，利用插针法将光在介质中的传播路线确定，从而测出相应的入射角 1和折射角 2，求解出 n 值。而插针便是利用它挡住物体 (大头针 )的像，用 P3挡住 P1， P2的像是为了确定入射光线，用 P4挡住 P3和 P1， P2的像是为了确定出射光线。 由题给条件可画出如图所示的完整光路图， 且 1 45 ， 2 30 所以 n sin 1sin2sin45sin30 2212 2。 答案 被 P2的像挡住 挡住 P1， P2的像

12、挡住 P3和 P1， P2的像 2 光路图见解析图 2一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的 (光线不能通过此表面 )。现要测定此玻璃砖的折射率，给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针 4 枚 (P1、 P2、 P3、 P4)、带有刻度的直角三角板、量角器 。实验时，先将玻璃砖放在白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直。在纸面上画出直线 aa 和 bb ， aa 表示镀银的玻璃砖表面， bb 表示另一表面，如图所示，然后，在白纸上竖直插上两枚大头针 P1、 P2。用 P1、 P2的连线表示入射光线。 【 精品教育资源文库 】 (1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针 P3、

13、P4？试在图中标出 P3、 P4的位置。 (2)然后，移去玻璃砖与大头针。试在图中通过作图的方法标出光线从空气进入玻璃时的入射角 1与折射角 2。写出用 1、 2表示的折射率公式： n _。 解析 (1)在 bb 一侧 观察 P1、 P2(经 bb 折射、 aa 反射，再经 bb 折射 )的像，在适当的位置插上 P3，使得 P3与 P1、 P2的像在一条直线上，即让 P3挡住 P1、 P2的像；再插上 P4，让它挡住 P3本身和 P1、 P2的像， P3、 P4的位置如图所示。 (2) 过 P1、 P2作直线与 bb 交于 O 点； 过 P3、 P4作直线与 bb 交于 O 点； 利用刻度尺找

14、到 OO 的中点 M； 过 O 点作 bb 的垂线 CD，过 M 点作 bb 的垂线与 aa 相交于 N，如图所示，连接 O、N； 则 P1OD 1， CON 2。 由折射率的定义可得 n sin 1sin2。 答案 见解析 见学生用书 P221 1 “ 测定玻璃的折射率 ” 的实验中，在白纸上放好玻璃砖， aa 和 bb 分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针 P1 和 P2，用 “ ” 表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针 P3和 P4，在插 P3和 P4时，应使 _。 (填选项字母 ) 【 精品教育资源文库 】 A P3只挡住 P1的像 B P4只挡住 P2的像 C P3同时挡住 P1、 P2的像 解析 使 P3同时挡住 P1、 P2的像，即 P3、