《高中物理 第四章 光的折射 2 學生實驗：測定玻璃的折射率課件 教科版選修34》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理 第四章 光的折射 2 學生實驗：測定玻璃的折射率課件 教科版選修34（40頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、2學生實驗：測定玻璃的折射率第四章光的折射學習目標1.通過實驗了解平行玻璃磚的光學性質.2.會用“插針法”測定玻璃磚的折射率.內容索引題型演練學以致用 實訓演練達標檢測檢測評價 達標過關技能儲備明確原理 提煉方法技能儲備技能儲備一、實驗：測定玻璃的折射率一、實驗：測定玻璃的折射率1.實驗原理用插針法確定光路，找出與入射光線相應的出射光線，就能在玻璃磚中畫出對應的折射光線，從而可以測出一組對應的入射角和折射角，根據(jù)折射定律，便可求出玻璃的折射率.2.實驗器材玻璃磚、白紙、木板、大頭針四枚、圖釘(34枚)、量角器、直尺、鉛筆. 3.實驗步驟(1)把白紙用圖釘釘在木板上.(2)用直尺畫一條平行于玻璃
2、磚一個面的直線aa作為分界面，過aa上一點O作垂直于aa的直線NN作為法線，過O點畫一條入射光線AO，使入射角i適當大些.如圖1所示.圖1(3)在AO線上豎直地插兩枚大頭針P1、P2，在白紙上放上被測玻璃磚，使玻璃磚的一個面與aa重合.(4)用直尺畫平行于玻璃磚另一側面的一條直線bb.(5)在玻璃磚的bb一側白紙上豎直地插一枚大頭針P3，調整視線，同時移動大頭針P3的位置，當P3恰好能同時擋住玻璃磚aa一側所插的大頭針P1、P2的像時，把大頭針P3插好.(6)在玻璃磚bb一側再豎直地插一枚大頭針P4，使P4能擋住P3本身，同時也能擋住P1、P2的像.(7)記下P3、P4的位置，移去玻璃磚，拔去
3、大頭針，過P3、P4連一條直線BO交bb于O點，連接OO，OO就是入射光線AO在玻璃磚內的折射光線，折射角為r.(8)用量角器量出入射角i和折射角r的大小.(9)改變入射角i，重復上面的步驟再做三、四次，量出相應的入射角和折射角.(10)算出不同入射角時 的值，求出幾次實驗中的平均值就是玻璃的折射率.4.數(shù)據(jù)處理(1)計算法：把上述實驗數(shù)據(jù)分別由n 計算出n1、n2、n3、，求出平均值即為玻璃磚折射率的測量值.(2)圖像法：因sin insin r，所以可把上面的數(shù)據(jù)以sin r值為橫坐標、以sin i值為縱坐標，建立直角坐標系，如圖2所示.描數(shù)據(jù)點，過數(shù)據(jù)點連線得一條過原點的直線.求解圖線斜
4、率，設斜率為k，則nk.圖2(3)單位圓法：過入射點畫出玻璃磚界面的法線NN，以入射點B為圓心，適當長度為半徑畫圓，入射光線、折射光線與圓周交于A和C，由點A、C向法線作垂線，分別交法線NN于A、C點，如圖3所示.測出垂線的長度AA和CC，則玻璃磚的折射率可表示為圖35.注意事項(1)輕拿輕放玻璃磚，手只能接觸玻璃磚的毛面或棱，不能觸摸光潔的光學面.嚴禁把玻璃磚當直尺使用.(2)實驗過程中，玻璃磚在紙面上的位置不可移動.(3)大頭針P1與P2、P3與P4的間距要適當?shù)卮笮?，以減小確定光線方向時出現(xiàn)的誤差.(4)實驗時入射角不能太小(接近零度)，否則會使測量誤差加大；也不能太大(接近90)，否則
5、會不易觀察到P1、P2的像.二、光的色散現(xiàn)象二、光的色散現(xiàn)象1.色散：白光實際上是由各種單色光組成的復色光.復色光在通過透明介質以后分解成單色光的現(xiàn)象叫做色散.2.同一種介質對不同顏色的光的折射率是不同的.在各種色光中介質對紫光折射率最大，表示紫光在介質中傳播的速度最小.題型演練題型演練一、實驗：測定玻璃的折射率答案答案見解析例例1在用三棱鏡測定玻璃折射率的實驗中，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側垂直白紙插入兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的另一側觀察，調整視線使P1的像被P2擋住，接著在眼睛所在的一側垂直白紙插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像，在
6、紙上標出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖4所示.(1)在本題的圖上畫出所需的光路；答案解析圖4解析解析如圖所示，畫出通過P1、P2的入射光線，交AC面于O，畫出通過P3、P4的出射光線交AB面于O.則光線OO就是入射光線P1P2在三棱鏡中的折射光線.解析解析過O點作AC面的法線，在所畫的圖上注明入射角1和折射角2，用量角器量出1和2.(2)為了測出棱鏡玻璃的折射率，需要測量的量是_，_，在圖上標出它們；答案解析答案答案見解析(3)計算折射率的公式是_.答案解析答案答案見解析總結提升總結提升測定玻璃折射率的基本思路測定玻璃折射率的基本思路1.確定一條從空氣斜射入玻璃(或者從玻璃斜射入空氣)的光路.2
7、.通過作圖確定入射角和折射角.3.由折射率的定義式n 計算出玻璃的折射率.例例2在“測定玻璃的折射率”實驗中：(1)為了取得較好的實驗效果，其中正確的是_.A.必須選用上下表面平行的玻璃磚B.選擇的入射角應盡量小些C.大頭針應垂直地插在紙面上D.大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當大些答案解析CD解析解析用插針法測定玻璃的折射率時，玻璃磚上、下表面不一定要平行，故A錯誤；為了減小測量的相對誤差，選擇的入射角適當大些，效果會更好，故B錯誤；為了準確確定入射光線和折射光線，大頭針應垂直地插在紙面上，故C正確；大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當大些時，引起的角度誤差會減小，效果會好些，
8、故D正確.解析解析如圖，實線是真實的光路圖，虛線是玻璃磚寬度畫大后的光路圖.由圖看出，在這種情況下測得的入射角不受影響，但測得的折射角比真實的折射角偏大，因此測得的折射率偏小.(2)甲同學在畫界面時，不小心將兩界面aa和bb間距畫得比玻璃磚寬度大些，如圖5所示，則他測得的折射率_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)答案解析偏小圖5(3)乙同學在量入射角和折射角時，由于沒有量角器，在完成了光路圖以后，以O點為圓心，OA為半徑畫圓，交OO延長線于C點，過A點和C點作垂直法線的直線分別交于B點和D點，如圖6所示，則他只需要測量_，就可求出玻璃的折射率n_.答案解析圖6AB、CD的長度答案答案見解析圖例
9、例3用圓弧狀玻璃磚做測定玻璃折射率的實驗時，先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚，在玻璃磚的一側豎直插上兩枚大頭針P1、P2，然后在玻璃磚的另一側觀察，調整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側豎直插兩枚大頭針P3和P4，使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3以及P1和P2的像，在紙上標出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓，如圖7甲所示，其中O為兩圓弧圓心，圖中已畫出經P1、P2點的入射光線.(1)在圖上補畫出所需的光路.答案解析圖7解析解析連接P3、P4與CD交于一點，此交點即為光線從玻璃磚中射出的位置，由于P1、P2的連線與AB的交點即為光線進入玻璃磚的位置，連接兩交點即可作出玻璃磚中的光路，
10、如圖所示答案答案見解析圖(2)為了測出玻璃的折射率，需要測量入射角和折射角，請在圖中的AB分界面上畫出這兩個角.答案解析解析解析連接O點與光線在AB上的入射點即為法線，作出入射角和折射角如圖中i、r所示.(3)用所測物理量計算折射率的公式為n_.答案解析(4)多次改變入射角，測得幾組入射角和折射角，根據(jù)測得的入射角和折射角的正弦值，畫出了如圖乙所示的圖像，由圖像可知該玻璃的折射率n_.答案解析1.5二、折射時的色散如圖8所示，白光通過棱鏡折射后，由上到下的色光順序為：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫，這說明： (1)射出棱鏡的光線與入射光線方向的夾角叫通過棱鏡的偏向角，如圖所示，白光色散時，紅光的偏
11、向角最小，紫光的偏向角最大，說明同種玻璃對不同色光的折射率是不同的.(2)根據(jù)n 可知：在同種介質中折射率大的速度小，各種色光在同種介質中的速度從小到大排序依次為v紫v靛v橙v紅，即紅光的速度最大，紫光的速度最小.圖8例例4如圖9所示，從點光源S發(fā)出的一細束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面，經過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏的ab間形成一條彩色光帶.下面的說法中正確的是A.a側是紅色光，b側是紫色光B.在真空中a側光的波長小于b側光的波長C.三棱鏡對a側光的折射率小于對b側光的折射率D.在三棱鏡中a側光的傳播速度大于b側光的傳播速度答案解析圖9解析解析紅光的折射率小于紫光的折射率，經過三
12、棱鏡，紅光的偏折角小于紫光的偏折角，則a側是紫色光，b側是紅色光，A錯；由題圖知a側光的偏折角大，三棱鏡對a側光的折射率大，a側光的波長短，B對，C錯；三棱鏡對a側光的折射率大，由v 知，在三棱鏡中a側光的傳播速度小于b側光的傳播速度，D錯.總結提升總結提升1.同一介質對不同的色光有不同的折射率，介質對頻率大、波長短的光折射率大，按折射率從小到大依次排列為：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫.2.在同一介質中，不同色光的傳播速度不同，紅光的折射率小，傳播速度大；紫光的折射率大，傳播速度小.達標檢測達標檢測1231.(實驗：測定玻璃的折射率實驗：測定玻璃的折射率)(多選)在做“測定玻璃的折射率”的實驗時
13、，下列關于實驗要求的敘述正確的是A.玻璃磚的寬度宜大些B.大頭針應垂直地插在紙面上C.每邊的兩個大頭針的距離近些容易觀察D.在插P4時，只要擋住P3的光線就行，與P1、P2無關答案解析解析解析玻璃磚寬度大些，入射光、出射光與界面的交點偏移距離大，便于畫圖和測量.大頭針垂直插在紙面上可減小誤差.每邊的兩個大頭針的距離過近，確定入射光線和出射光線的位置時誤差較大，在插P4時要擋住P3和P1、P2的像，與P1、P2有關，故A、B正確.123解析解析由題圖可知，可見光穿過玻璃磚后，發(fā)生了色散，其中a光的側移距離大于b光的側移距離，說明玻璃對a光的折射率大于玻璃對b光的折射率，同種介質對紅、橙、黃、綠、
14、藍、靛、紫七種色光的折射率依次增大，由于b光是藍光，故只有D選項符合題意.2.(折射中的色散折射中的色散)如圖10所示，一束可見光穿過平行玻璃磚后，變?yōu)閍、b兩束單色光.如果光束b是藍光，則光束a可能是A.紅光 B.黃光C.綠光 D.紫光答案解析123圖103.(實驗：測定玻璃的折射率實驗：測定玻璃的折射率)在用兩面平行的玻璃磚測定玻璃折射率的實驗中，其實驗光路如圖11所示.(1)在實驗中，如果用量角器分別量出入射角1和折射角2，那么，該玻璃磚的折射率的表達式為n_.答案解析123圖11(2)在實驗數(shù)據(jù)的處理中，有兩位同學各設計了一個記錄表格，而且都已完成了計算，根據(jù)他們設計的表格所反映的信息
15、，判斷他們的論證做得是否正確.甲同學設計的表格是123次數(shù)入射角1sin 1折射角2sin 2n1300.50020.90.3571.401.402450.70730.50.5081.393600.86638.00.6161.41解析解析為了減小測量的偶然誤差，必須采用多次測量取平均值的方法.由于每次測量時，入射角不同，折射角不同，入射角和折射角取平均值沒有意義，而介質的折射率僅由介質的性質決定，是不變的，所以應根據(jù)每一個入射角及對應的折射角，運用折射定律求出折射率，再求出折射率的平均值，可有效減小測量的誤差，故甲同學做得正確.乙同學設計的表格是答案解析123次數(shù)123角平均值正弦值n入射角1
16、304560450.7071.42折射角220.930.538.028.80.497上述兩位同學做得正確的是_(填“甲”或“乙”)甲A.甲、乙均偏小 B.甲、乙均偏大C.甲偏大、乙偏小 D.甲偏小、乙偏大(3)若甲在做測定玻璃的折射率的實驗時，法線畫得與界面不垂直，出現(xiàn)如圖12(a)所示的傾斜；若乙在放置玻璃磚時，玻璃磚的平面沒有與aa重合，出現(xiàn)如圖(b)所示的偏差，則他們測得的折射率比真實值_.答案解析123A 圖12解析解析題圖(a)測得的入射角和折射角都偏大，而且增大相同的角度，玻璃磚的折射率為： 運用特殊值法分析：若法線與界面垂直時，入射角為i45，折射角為r30，則折射率為 1.41.若法線與界面不垂直時，入射角與折射角都增大15，則折射率為n 1.22，可見，甲的測量值將偏小.出現(xiàn)題圖(b)所示的偏差時測量的入射角i和折射角r都增大，而且增大相同的角度，與(a)情況恰好相同，故測量值將偏小，故A正確，B、C、D錯誤.123
高中物理 第四章 光的折射 2 學生實驗：測定玻璃的折射率課件 教科版選修34
