精選教科版物理選修3-4學(xué)案：第4章第2講學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測定玻璃的折射率Word版含解析

1、第2講學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測定玻璃的折射率目標(biāo)定位1.通過實(shí)驗(yàn)了解平行玻璃磚的光學(xué)性質(zhì).2.會(huì)用“插針法”測定玻璃的折射率.IH習(xí)昌學(xué)丨.、“丄氯盤鶴IM記一、實(shí)驗(yàn)器材兩對面平行的玻璃磚一塊、大頭針?biāo)拿丁准堃粡?、直尺一把或三角板一個(gè)、量角器一個(gè).二、實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示，當(dāng)光線 AB以一定入射角i穿過兩面平行的玻璃磚時(shí)，通過插針法找出跟入射光線AB對應(yīng)的出射光線 CD從而畫出折射光線 BC,量出折射角r,再根據(jù)n=Sin=L算sin r 出玻璃的折射率.St堂講義哩鋼沼上密一、實(shí)驗(yàn)步驟1 如圖1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 EE作為兩種介質(zhì)的分界面， 過EE上的一點(diǎn)B畫出界

2、面的 法線NN ,并畫一條線段 AB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EE'對齊，畫出玻璃磚的另一邊 FF .4在直線AB上豎直插上兩枚大頭針 G、G2,透過玻璃磚觀察大頭針 G、G的像，調(diào)整 視線方向直到 G的像擋住G的像再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚大頭針 G、G,使G擋住 G、G的像，G擋住G本身及G、G的像，記下 G、G的位置.5移去大頭針和玻璃磚，過 G、G所在處作直線 CD與FF交于C,直線CD就代表了沿AB方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向.6連接BC入射角i =/ ABN折射角r = Z CBN，用量角器量出i和r,從三角函數(shù) 表中查出它們的正弦值，

3、把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中.7.用上述方法測出入射角分別為15° 30° 45° 60° 75°時(shí)的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中.&算出不同入射角下的正弦比值Sn，最后求出在幾次實(shí)驗(yàn)中比值Sn的平均值，sin rsin r即為玻璃磚的折射率.9數(shù)據(jù)處理(1)作圖法：為了減小誤差，可以用作圖法求出折射率，改變不同的入射角I，測出不同的折射角r,以sin r為橫坐標(biāo)，sin I為縱坐標(biāo)，做出sin I -sin r圖像，由n = r可知圖像應(yīng)為直線，則直線的斜率就表示玻璃的折射率.(2)直尺圓規(guī)測量法：如圖 2所示，以B點(diǎn)為圓

4、心，以一定長 R為半徑，畫一個(gè)圓交入 射光線于G點(diǎn)，交折射光線BC于G，過G做NN的垂線GH過G做NN的垂線G H',一.GHG' H'sin i GH如圖所示，sin I = &, sin r =, BG= BG = R 貝U n= _:.只要用刻度bgbgsin r G H尺測出GH G H'的長度就可以求出 n.AiJV圖2【例1】在“測定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)經(jīng)正確操作，插好了4枚大頭針P、F2和F3、F4,如圖3所示.(1) 在坐標(biāo)紙上畫出完整的光路圖，并標(biāo)出入射角i和折射角r;(2) 對你畫出的光路圖進(jìn)行測量和計(jì)算，求得該玻璃磚的折射率

5、 n =(保留兩位有效數(shù)字).解析(1)根據(jù)光線通過平行玻璃磚，經(jīng)玻璃磚折射，入射光線和折射光線將保持平行，那么將入射光線PP2與玻璃磚上邊界的交點(diǎn)作為入射點(diǎn)，過入射點(diǎn)作上邊界的垂線作為法線，則可標(biāo)出入射角i，將出射光線P3F4與玻璃磚下邊界的交點(diǎn)作為出射點(diǎn)，將入射點(diǎn)與出 射點(diǎn)用一直線連接，這一直線就是折射光線，即可標(biāo)出折射角r.(2)由折射率n= Sin1，據(jù)坐標(biāo)紙中的格子數(shù)，可知sin i 仝，sin r =舟 那么折射si nr22率 n= ：2 1.4.答案如圖所示 (2)1.4-LrPhL%jT4針對訓(xùn)練 某同學(xué)由于沒有量角器，他在完成了光路圖后，以0點(diǎn)為圓心，10 cm為半徑畫圓，

6、分別交線段 0A于 A點(diǎn)，交線段 00的延長線于C點(diǎn)，過A點(diǎn)作法線NN的垂線AB交NN于B點(diǎn)，過C點(diǎn)作法線NN的垂線CD交NN于D點(diǎn)，如圖4所示用刻度尺量得0B= 8 cm, CD= 4 cm,由此可得出玻璃的折射率n =解析由題圖可知sin圖4AB/ A0B= 0asinCDsin i/ dog OC 0A=0C= R 根據(jù) n=R知,sinZ AOB A比寸 102 8n= sin Z DOC CCT4答案 1.5二、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1. 實(shí)驗(yàn)中，玻璃磚在白紙上位置不可移動(dòng).R與Q間、R與P4間的距離2不能用手觸摸玻璃磚光潔面，更不能把玻璃磚當(dāng)尺子用.3. 大頭針應(yīng)豎直插在白紙上，且玻璃磚每一

7、側(cè)兩枚大頭針應(yīng)適當(dāng)大些，以減小確定光路方向時(shí)造成的誤差.4 實(shí)驗(yàn)中入射角不宜過小，否則會(huì)使測量誤差大，也不宜過大.5.本實(shí)驗(yàn)中如果米用的不是兩面平行的玻璃磚，而是米用二棱鏡、半圓形玻璃磚等， 那么只是出射光線和入射光線不平行，同樣能測出折射率.【例2 在用插針法測定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界aa'、bb'為界面面aa'、bb'與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖5、和所示，其中甲、丙兩同學(xué)用的是矩形玻璃磚，乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚他們的其他操作均正確，且均以畫光路圖，則: (3)計(jì)算折射率的公式是圖5甲同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比(填“偏大偏小”

8、或“不變”).乙同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比(填“偏大偏小”或“不變”).丙同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比 所以折射角增大，折射率減小;解析 用圖測定折射率時(shí)，玻璃中折射光線偏折大了，用圖測定折射率時(shí)，只要操作正確，與玻璃磚形狀無關(guān)；用圖測定折射率時(shí)，無法確定 折射光線偏折的大小，所以測得的折射率可大、可小、可不變.答案 偏小 不變 可能偏大、也可能偏小、還可能不變對點(diǎn)媒習(xí):鞏匱陋脫反匾實(shí)驗(yàn)原理與數(shù)據(jù)處理1. 用三棱鏡做測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側(cè)插入兩枚大頭針Pi和R,然后在棱鏡的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使 P的像被住的像擋住，接著在眼睛 所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3、P

9、4,使F3擋住P、P2的像，R擋住P3和P、F2的像，在紙上標(biāo)出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖6所示.圖6(1) 在本題的圖上畫出所需的光路圖； 為了測出棱鏡玻璃的折射率，需要測量的量是 、，在圖上標(biāo)出它 們;解析（1）如圖所示，畫出通過 P、F2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00就是入射光線 FF2在三棱鏡中的折射光線.（2）在所畫的圖上注明入射角i和折射角r,并畫出虛線部分，用量角器量出i和r（或用直尺測出線段 EF 0E GH 0G的長度）.EFsin i. . EF .GH0E EFOG（3）n=Sinr（或因?yàn)?sin |= oe sin

10、r=og 則 n=萌 0egH -OG答案見解析注意事項(xiàng)與誤差分析2. （多選）在用兩面平行的玻璃磚測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)驗(yàn)光路圖如圖7所示，對實(shí)驗(yàn)中的一些具體問題,F列說法正確的是（）圖7A. 為了減少作圖誤差，F(xiàn)3和P4的距離應(yīng)適當(dāng)取大些B. 為減少測量誤差，P、P2連線與法線NN的夾角應(yīng)適當(dāng)取大一些C. 若P、F2的距離較大時(shí)，通過玻璃磚會(huì)看不到Pi、F2的像D. 若P、F2連線與法線NN間夾角較大時(shí)，有可能在 bb' 側(cè)就看不到 R、P2的像 解析 實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且F和F2之間，F(xiàn)2與0點(diǎn)之間，R與F4之間，F(xiàn)3與O之間距離要稍大一些.入射角應(yīng)適當(dāng)大

11、一些，以減小測量角度的誤差，但 入射角不宜太大，也不宜太小.在操作時(shí)，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面，更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線.答案 AB題組一注意事項(xiàng)與誤差分析1.（多選）某同學(xué)用插針法測定玻璃磚的折射率.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1所示則下列說法正確的是（）圖1A. PP與RR兩條直線平行B. P1P2與PR兩條直線不平行C. 他測出的折射率偏大D. 他測出的折射率不受影響答案 BD2. 在利用插針法測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中：（1）甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個(gè)界面aa'和bb'后，

12、不小心碰了玻璃磚使它向aa'方向平移了少許，如圖 2甲所示.則他測出的折射率將 （填“偏大” “偏小或“不變”）.（2）乙同學(xué)在畫界面時(shí)，不小心將兩界面aa'、bb'間距畫得比玻璃磚寬度大些，如圖乙所示，則他測得的折射率 （填“偏大”“偏小”或“不變”）.解析（1）如圖所示，甲同學(xué)利用插針法確定入射光線、折射光線后，測得的入射角、 折射角沒有受到影響，因此測得的折射率將不變.（2）如圖所示，乙同學(xué)利用插針法確定入射光線、折射光線后，測得的入射角不受影響, 但測得的折射角比真實(shí)的折射角偏大，因此測得的折射率偏小.答案 （1）不變 （2）偏小題組二實(shí)驗(yàn)原理、步驟與數(shù)據(jù)處理3

13、. （多選）某同學(xué)做測定玻璃折射率實(shí)驗(yàn)時(shí)，用他測得的多組入射角i與折射角r，作出sin i sin r圖像如圖3所示，下列判斷中正確的是（）11| Bln i.才1if11/ 1/ !C>0.67nm r圖3A. 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. 當(dāng)測得入射角為 60°寸，則折射角為30°解析 由題圖可知入射角大于折射角，故選項(xiàng) A對；任何介質(zhì)的折射率都大于1,故選 項(xiàng)B錯(cuò)；由折射率公式 n=凹，可得門=右 1.5，故選項(xiàng) C對；由得sin rsin r0.67sin rsin 601.5r工30

14、76;故D錯(cuò).答案 AC4測定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)如圖4所示，把玻璃磚放在白紙上之前應(yīng)在紙上先畫好圖上的三條直線，它們分別是 、，最后按正確的要求插上大頭針R、F4,由R、R的位置決定了光線 的方向，從而確定了折射光線 的方向.圖4答案 a NN AO O B OO5用“插針法”測定透明半圓柱玻璃磚的折射率，O為玻璃截面的圓心，使入射光線跟玻璃磚的平面垂直，如圖 5所示的四個(gè)圖中 P、F2、R和P4是四個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)插針的結(jié)果.圖5(1) 在這四個(gè)圖中肯定把針插錯(cuò)了的是 計(jì)算玻璃的折射率的公式(2) 在這四個(gè)圖中可以比較準(zhǔn)確地測出折射率的是是解析 如圖所示，將 PP看做入射光線，RP4看做出射光線，

15、由題圖知，入射光線與界面垂直，進(jìn)入玻璃磚后，在玻璃磚內(nèi)傳播方向不變，由作出的光路圖可知選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤;而選項(xiàng)B中光路雖然正確，但入射角和折射角均為零，測不出折射率，只有選項(xiàng)D能比較準(zhǔn)sin r確地測出折射率，角度如圖，其折射率：.sin I答案(1)A、C (2)Dsinrn=sini6 .一塊玻璃磚有兩個(gè)相互平行的表面，其中一個(gè)表面是鍍銀的(光線不能通過該表面)現(xiàn)要測定此玻璃磚的折射率給定的器材還有：白紙、鉛筆、大頭針4 枚(P、P2、P3、R)、帶有刻度的直角三角板、量角器圖6實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將玻璃磚放到白紙上,使上述兩個(gè)相互平行的表面與紙面垂直.在紙上畫出直線aa'和bb' ,

16、 aa'表示鍍銀的玻璃表面，bb'表示另一表面，如圖 6所示.然后，在白紙上豎直插上兩枚大頭針 P、P2(位置如圖).用R、F2的連線表示入射光線.(1) 為了測量折射率，應(yīng)如何正確使用大頭針P3、P4?試在圖中標(biāo)出 P3、P4的位置.(2) 然后，移去玻璃磚與大頭針.試在圖中通過作圖的方法標(biāo)出光線從空氣射到玻璃中的入射角i與折射角r.簡要寫出作圖步驟.(3) 寫i、r表示的折射率公式為n =解析(1)在bb' 側(cè)觀察R、P2的像(經(jīng)bb'折射，aa'反射，再從bb'折射出來), 在適當(dāng)位置插上 R，使得P3與P、P2的像在一條直線上，即讓 P3

17、擋住P、F2的像；再插上 F4,讓它擋住 P、P的像和P3, P3、P4的位置如圖所示.(2)過Pi、P2作直線與bb'交于O過P3、P4作直線與bb'交于O ;利用刻度 尺找到00的中點(diǎn)M過o點(diǎn)作bb'的垂線CD過M點(diǎn)作bb'的垂線，與aa'交于N, 連接 0N / Pi 0D= i，/ CO曲r.(3)玻璃磚的折射率sin i n= rsin r答案見解析7某同學(xué)在測定一厚度均勻的圓形玻璃的折射率時(shí)，先在白紙上作一與圓形玻璃同半 徑的圓，圓心為 Q將圓形玻璃平放在白紙上，使其邊界與所畫的圓重合在玻璃一側(cè)豎直 插兩枚大頭針Pi和莊，在另一側(cè)再先后插兩枚大頭針 P3和P4,使從另一側(cè)隔著玻璃觀察時(shí), 大頭針P4、R和P2、P的像恰在一直線上.移去圓形玻璃和大頭針后，在圖7中畫出：圖7(1) 沿P、R連線方向的入射光線通過圓形玻璃后的傳播方向；(2) 光線在玻璃內(nèi)的傳播方向；(3) 過光線的入射點(diǎn)作法線，標(biāo)出入射角i和折射角r;(4) 寫出計(jì)算圓形玻璃折射率的公式.解析(1) PR為入射光線，P3P4為通過圓形玻璃后的折射光線.(2) 00為入射光線 PR在玻璃中的折射光線.sin i(3)如圖所示.n=sin r答案見解析&如圖8所示，等腰直角