高中物理选修3-4第十三章第54讲 实验、探究:测定玻璃的折射率
更新时间:2024-03-10 12:30:01 阅读量: 综合文库 文档下载
第54讲 实验、探究:测定玻璃的折射率
考情 剖析
(注:①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识,Ⅱ代表理解和应用;②命题难度中的A代表容易,B代表中等,C代表难)
考纲要求 考查内容 考查年份 考查形式 考查详情 考试层级 命题难度 及变化 考查“测测定玻 定玻璃的璃的折 折射率”B 射率(实 Ⅰ 12年 填空 次重点 的实验原验、探 理及数据究) 处理 1.小结:测定玻璃的折射率实验以填空题的形式进行考查,考查实验原理及数据处理. 2.预测:仅在12年小结 考查过,但 及 仍然不能预测 排除14年仍会考查的可能性. 3.复习建议:建议复习时全面理解光的折射及反射定律和了解此实验的实验
1
原理、实验内容、注意事项以及误差分析等.
知识 整合
实验流程图
基础自测
实验目的
1.理解用插针法测定玻璃折射率的原理; 2.学会测定玻璃的折射率的实验方法. 实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针(四枚)、图钉(四枚)、量角器、三角板(或直尺)、铅笔. 实验原理
用插针法确定光路,找出跟________线相对应的________线;用量角器测出入射角i和
sini
折射角r;根据折射定律计算出玻璃的折射率n= sinr
实验步骤
1.把白纸用图钉钉在木板上;
2.在白纸上画一条直线aa′作为界面,画一条线段AO作为__________光线,并过O点画出界面aa′的法线NN′,如图所示;
3.把长方形的玻璃砖放在白纸上,使它的一个边跟aa′对齐,并画出玻璃砖的另一个边bb′;
4.在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1和P2;
2
5.在玻璃砖的bb′一侧竖直地插上大头针P3,用眼睛观察,调整视线,要使P3能同时挡住________和________的像;
6.同样地在玻璃砖的bb′一侧再竖直地插上大头针P4,使P4能挡住P3__________和P1
和P2的像;
7.记下P3和P4的位置,移去玻璃砖和大头针,过P3和P4作直线O′B与bb′交于O′,连接OO′,OO′就是玻璃砖内的________光线,入射角i=∠NOA,折射角r=∠O′ON′;
8.用量角器量出入射角和折射角的度数;
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.用上面的方法分别求出入射角是30°、45°、60°时的折射角,查出入射角i=∠NOA和折射角r=∠O′ON′的正弦值;
sini
11.算出不同入射角时的值比较一下,看它们是否接近一个常数,求出几次实验中
sinr
sini所测的平均值,这就是玻璃砖的折射率.
sinr
重点阐述
重点知识概述
数据处理
数据处理的另一种方法:如图所示,以O1为圆心以任意长为半径(半径要尽可能长些约10cm)画圆交入射光线AO1
于M点、交折射光线O1O于P点,过M、 P作NN′的垂线MK、 PQ,则n=__________,据此可知,用刻度尺测出MK、 QP的长度,即可求出折射率n.
误差分析
误差的主要来源:
1.确定入射光线、出射光线时的误差.故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜________点;
2.测量入射角与折射角时的误差.故入射角不宜过______,但入射角也不宜过大,过大则反射光较强,出射光较弱.
注意事项
1.玻璃砖要厚,用手拿玻璃砖时,只能接触玻璃毛面或棱,严禁用玻璃砖当尺子画界面;
2.入射角应在30°到60°之间;
3.大头针要竖直插在白纸上,且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应尽量__________一些,以减小确定光路方向时造成的误差;
4.玻璃砖的折射面要画准;
5.由于要多次改变入射角重复实验,所以入射光线与出射光线要一一对应编号以免混乱.
难点释疑
1.用刻度尺或量角器测量长度或角度计算折射率n.
2.误差分析时注意主要误差来源,针对实际问题进行分析.
3
3.注意事项注意文字表述,一定要准确精炼. 【典型例题】 “测定玻璃的折射率”实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B,在另一侧再竖直插两个大头针C、D.在插入第四个大头针D时,要使它________.题图是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、a′是描在纸上的玻璃砖的两个边.根据该图可算得玻璃的折射率n=________.(计算结果保留两位有效数字)
温馨提示 解此题时,应熟悉实验步骤,会利用公式计算折射率. 记录空间
【变式训练1】某同学用插针法测量平行玻璃砖的折射率n,作出光路如图所示,过C点作法线交玻璃砖于A点和C点,过O点延长入射光线交AC于B点.
(1)设OA的长度为l1,OB的长度为l2,OC的长度为l3,AB的长度为l4,AC的长度为l5,为方便地测量出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量的至少有__________(选填l1、l2、l3、l4、l5),则计算玻璃砖折射率的表达式为n=__________.
(2)为减少测量时带来的实验误差,入射角应适当________________________(选填“大”或“小”)一些.
【变式训练2】在做“测定玻璃的折射率”的实验时
(1)某同学在纸上正确画出玻璃的两个界面ab和cd时不慎碰了
玻璃砖,使它向上平移了一些,如图所示,其后的操作都正确.在画光路图时,将入射点和出射点分别确定在ab、 cd上,则测出的折射率n将如何变化;
(2)某同学为了避免笔尖接触玻璃面,画出的ab和cd都比实际侧面向外侧平移了一些,如图甲所示,其后的操作都正确.但在画光路图时,将入射点、出射点分别确定在ab、 cd上,则测出的折射率n将如何变化;
4
甲 乙
(3)某同学在画界面时,不小心将两个界面ab、 cd间距画得比玻璃砖宽度大些,如图乙所示,则测出的折射率n将如何变化.
随堂 演练
1.如图用插针法测定玻璃折射率的实验中,以下各说法中正确的是( )
第1题图
A.P1、 P2及P3、 P4之间的距离适当大些,可以提高准确度 B.P1、 P2及P3、 P4之间的距离取得小些,可以提高准确度 C.入射角θ1适当大些,可以提高准确度
D.入射角太大,折射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射,使实验无法进行
2.某同学做“测定玻璃的折射率”实验时,由于没有量角器,在完成光路图后,以O为圆心画圆,分别交入射光线于A点,交OO′连线延长线于C点.分别过A点、C点作法线NN′的垂线AB、CD交NN′于B点、D点,用刻度尺量得AB=6 cm,CD=4 cm,玻璃的折射率为________.
第2题图
3.在做“测定玻璃砖折射率”的实验时,乙同学为了避免笔尖接触玻璃面,画出的a′b′和c′d′都比实际侧面向外侧平移了一些,如图所示,以后的操作都正确,画光路图时,将入射点和折射点确定在a′b′和c′d′上,则测出的折射率将________________________.
5
第3题图
4.在测定玻璃的折射率实验中,操作步骤如下:
(1)先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面,过aa′上的O点画出界面的法线NN′,并画一条线段AO作为入射光线.
(2)把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐. (3)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、 P2,透过玻璃砖观察大头针P1、 P2的像.调整视线方向,直到P1的像被P2挡住,再在观察的这一侧插两枚大头针P3、 P4,使P3挡住P1、 P2,P4挡住P1、 P2、 P3,记下P3、 P4的位置.
(4)移去大头针和玻璃砖,连接P1、 P2作为入射光线,连接P3、 P4作为折射光线,测量出入射角i与折射角r,填入表格中.
上述操作步骤中存在严重的缺漏,应做的补充是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________. 5.一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,先将玻璃砖放到白纸上,使上述两个相互平行的表面与纸面垂直.在纸上画出直线aa′和bb′,aa′表示镀银的玻璃表面,bb′表示另一表面,然后,在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2,如图所示,用P1、P2的连线表示入射光线.
第5题图
(1)为了测量折射率,应如何正确用大头针P3、P4,试在题图中标出P3、P4的位置; (2)然后,移去玻璃砖与大头针.试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤.
(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式为n=________________________________________________________________________.
6
第54讲 实验、探究:测定
玻璃的折射率
知识整合 基础自测 实验原理: 入射 折射
实验步骤: 2.入射 5.P1 P2 6.本身 7.折射 MK
数据处理:
PQ
误差分析: 1.大 2.小 注意事项: 3.大 重点阐述 【典型例题】 “测定玻璃的折射率”实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B,在另一侧再竖直插两个大头针C、D.在插入第四个大头针D时,要使它________.题图是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、a′是描在纸上的玻璃砖的两个边.根据该图可算得玻璃的折射率n=________.(计算结果保留两位有效数字)
【答案】 挡住C及A、B的像 1.8(1.6-1.9) 【解析】 在插入第三个大头针C时,要使它挡住A、B的像;在插入第四个大头针D时,要使它挡住C及A、B的像,
sini
玻璃折射率n=
sinr0.85 ≈≈1.8.
0.47变式训练1 (1)l2、l3
l3 (2)大 【解析】 (1)如图所示,根据折射定律和几何关系可l2
sinil1/l2l3得n===;(2)入射角适当大些可减小测量误差.
sinrl1/l3l2
变式训练2 (1)不变 (2)偏小 (3)偏小 【解析】 (1)作出光路图,如图,可以看出
7
光线入射角相同,折射角不变,此时玻璃砖的平移对测量
结果没有影响,故测得的折射率n不变.
(2)作出光路图,如图甲,可以看出,使入射点向左移,出射点向右移,所画出的折射sini
角r′比实际折射角r偏大,根据n=知,测得的折射率偏小.
sinr
甲 乙
(3)如图乙所示,可看出测得的入射角不受影响,但测得的折射角比真实的折射角偏大,因此测得的折射率偏小.
随堂演练
1.AC 【解析】 P1、P2、P3、P4之间的距离适当大些,可减少测量误差,提高精确度,A正确.入射角θ1适当大些,也可减小误差,提高精确度,C正确.当玻璃砖前后两表面平行时,P1P2与P3P4也平行,光线不可能发生全反射,D错.
2.1.5 【解析】 O所在玻璃面为界面,设入射角为θ1,折射角为θ2.由几何关系得:ABCDAB
sinθ1=,sinθ2=其中OA=OC,由以上关系得n=,代入数据得:n=1.5.
OAOCCD 3.偏小 【解析】 根据题中的情况,做出相应光路图,如图所示,从图中可看出在
该同学的操作下,使入射点O1向左平移,折射点O2将向右移,所画出的折射角r比实际折
第3题图
sini
射角r偏大,而入射角又不变,由n=知,测得的折射角将偏小.
sinr
4.见解析 【解析】 步骤(2)中应在白纸上画出玻璃砖的另一边bb′;步骤(4)中应通过P3、P4的连线与bb′的交点,作出玻璃砖中的折射光线.
8
第5题图
sinθ1
5.(1)如图所示 (2)见解析 (3) 【解析】 (1)在bb′一侧观察P1、 P2(由P1、P2
sinθ2
发出的光经bb′折射,再经aa′反射,最后经bb′折射后射出)的像,在适当的位置插上P3,使得P3挡住P1、 P2的像(在一条直线上);再插上P4,让它挡住P2(或 P1)的像和P3.如图所示. (2)①过P1、 P2作直线与bb′交于O; ②过P3、 P4作直线与bb′交于O′; ③利用刻度尺找到OO′的中点M; ④过O点作bb′的垂线CD,过M点作bb′的垂线与aa′相交于N点,sinθ1如图所示,连结ON; ⑤∠P1OD=θ1,∠CON=θ2. (3)n= sinθ2
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