2017-2018學(xué)年高中物理第四章光的折射第2講學(xué)生實驗測定玻璃的折射率學(xué)案教科版

1、第2講學(xué)生實驗：測定玻璃的折射率目標定位1.通過實驗了解平行玻璃磚的光學(xué)性質(zhì).2.會用“插針法”測定玻璃的折射率sinr一、實驗器材兩對面平行的玻璃磚一塊、大頭針四枚、白紙一張、直尺一把或三角板一個、量角器一個二、實驗原理如圖1所示，當光線AB以一定入射角i穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟sini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算出玻璃的折射率圖1一、實驗步驟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B畫出界面的法線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

2、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G1、G2，透過玻璃磚觀察大頭針G1、G2的像，調(diào)整視線方向直到G2的像擋住G1的像再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚大頭針G3、G4，使G3擋住G1、G2的像，G4擋住G3本身及G1、G2的像，記下G3、G4的位置5移去大頭針和玻璃磚，過G3、G4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iABN，折射角rCBN，用量角器量出i和r，從三角函數(shù)sinrsinrsinr表中查出它們的正弦值，把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計的表格中7用上述方法測出入射角分別為15、30、45、6

3、0、75時的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中sinisini8算出不同入射角下的正弦比值，最后求出在幾次實驗中比值的平均值，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sini同的折射角r，以sinr為橫坐標，sini為縱坐標，做出sinisinr圖像，由n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點為圓心，以一定長R為半徑，畫一個圓交入射光線于G點，交折射光線BC于G，過G做NN的垂線GH，過G做NN的垂線GH，如圖所示，sini，sinrGHBGsinrGHBGGHsiniGH，B

4、GBGR，則n.只要用刻度尺測出GH、GH的長度就可以求出n.圖2例1在“測定玻璃的折射率”實驗中，某同學(xué)經(jīng)正確操作，插好了4枚大頭針P1、P2和P3、P4，如圖3所示(1)在坐標紙上畫出完整的光路圖，并標出入射角i和折射角r；(2)對你畫出的光路圖進行測量和計算，求得該玻璃磚的折射率n_(保留兩位有效數(shù)字)圖3sinr22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P1P2與玻璃磚上邊界的交點作為入射點，過入射點作上邊界的垂線作為法線，則可標出入射角i，將出射光線P3P4與玻璃磚下邊界的交點作為出射點，將入射點與出射點用一直線連接，這一直線就是

5、折射光線，即可標出折射角r.sini21(2)由折射率n，據(jù)坐標紙中的格子數(shù)，可知sini，sinr，那么折射率n21.4.答案(1)如圖所示(2)1.4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O(shè)點為圓心，10cm為半徑畫圓，分別交線段OA于A點，交線段OO的延長線于C點，過A點作法線NN的垂線AB交NN于B點，過C點作法線NN的垂線CD交NN于D點，如圖4所示用刻度尺量得OB8cm，CD4cm，由此可得出玻璃的折射率n_.OAOCsinrsinDOCCD4圖4ABCDsini解析由題圖可知sinAOB，sinDOC，OAOCR，根據(jù)n知，sinAOBAB10282n1.5.答案1

6、.5二、實驗注意事項1實驗中，玻璃磚在白紙上位置不可移動2不能用手觸摸玻璃磚光潔面，更不能把玻璃磚當尺子用3大頭針應(yīng)豎直插在白紙上，且玻璃磚每一側(cè)兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)適當大些，以減小確定光路方向時造成的誤差4實驗中入射角不宜過小，否則會使測量誤差大，也不宜過大5本實驗中如果采用的不是兩面平行的玻璃磚，而是采用三棱鏡、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驗中，甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面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

7、均正確，且均以aa、bb為界面畫光路圖，則：圖5甲同學(xué)測得的折射率與真實值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”)乙同學(xué)測得的折射率與真實值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”)丙同學(xué)測得的折射率與真實值相比_解析用圖測定折射率時，玻璃中折射光線偏折大了，所以折射角增大，折射率減小；用圖測定折射率時，只要操作正確，與玻璃磚形狀無關(guān)；用圖測定折射率時，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、還可能不變實驗原理與數(shù)據(jù)處理1.用三棱鏡做測定玻璃折射率的實驗，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側(cè)插入兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線

8、使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)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，在紙上標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；(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；(3)計算折射率的公式是_解析(1)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sinrOEOGGHOEGH(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、OE、GH

9、、OG的長度)EFsiniEFGHOEEFOG(3)n(或因為sini，sinr，則n)OG答案見解析注意事項與誤差分析2(多選)在用兩面平行的玻璃磚測定玻璃折射率的實驗中，其實驗光路圖如圖7所示，對實驗中的一些具體問題，下列說法正確的是()圖7A為了減少作圖誤差，P3和P4的距離應(yīng)適當取大些B為減少測量誤差，P1、P2連線與法線NN的夾角應(yīng)適當取大一些C若P1、P2的距離較大時，通過玻璃磚會看不到P1、P2的像D若P1、P2連線與法線NN間夾角較大時，有可能在bb一側(cè)就看不到P1、P2的像解析實驗時，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間，P2與O點之間，P3與P4之間，P3與O之間距

10、離要稍大一些入射角應(yīng)適當大一些，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，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尺子畫界線答案AB題組一注意事項與誤差分析1.(多選)某同學(xué)用插針法測定玻璃磚的折射率他的實驗方法和操作步驟正確無誤但他處理實驗記錄時發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個光學(xué)面aa與bb不平行，如圖1所示則下列說法正確的是()圖1AP1P2與P3P4兩條直線平行BP1P2與P3P4兩條直線不平行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驗中：(1)甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個界面aa和bb后，不小心碰了玻璃磚使它向aa方向平移了

11、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，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”)圖2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)偏小題組二實驗原理、步驟與數(shù)據(jù)處理3(多選)某同學(xué)做測定玻璃折射率實驗時，用他測得的多組入射角i與折射角r，作出sin

12、isinr圖像如圖3所示，下列判斷中正確的是()項B錯；由折射率公式nsinisinr0.67sinr，r30，故D錯圖3A他做實驗時，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當測得入射角為60時，則折射角為30解析由題圖可知入射角大于折射角，故選項A對；任何介質(zhì)的折射率都大于1，故選1sini，可得n1.5，故選項C對；由n得sinrsin6031.53答案AC4測定玻璃磚折射率的實驗如圖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P3、P4，由P3、P4的位置決定了光線_的方向，從而確定了折射光

13、線_的方向圖4答案aNNAOOBOO5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所示的四個圖中P1、P2、P3和P4是四個學(xué)生實驗插針的結(jié)果sini圖5(1)在這四個圖中肯定把針插錯了的是_(2)在這四個圖中可以比較準確地測出折射率的是_計算玻璃的折射率的公式是_解析如圖所示，將P1P2看做入射光線，P3P4看做出射光線，由題圖知，入射光線與界面垂直，進入玻璃磚后，在玻璃磚內(nèi)傳播方向不變，由作出的光路圖可知選項A、C錯誤；而選項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D能比較準sinr確地測出折射率，角度如圖，其折

14、射率：n.sinisinr答案(1)A、C(2)Dn6一塊玻璃磚有兩個相互平行的表面，其中一個表面是鍍銀的(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(P1、P2、P3、P4)、帶有刻度的直角三角板、量角器圖6實驗時，先將玻璃磚放到白紙上，使上述兩個相互平行的表面與紙面垂直在紙上畫出直線aa和bb，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P1、P2(位置如圖)用P1、P2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？試在圖中標出P3、P4的位置(2)然后，移去玻璃磚與大頭針試在圖中通過

15、作圖的方法標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_.(3)玻璃磚的折射率n.解析(1)在bb一側(cè)觀察P1、P2的像(經(jīng)bb折射，aa反射，再從bb折射出來)，在適當位置插上P3，使得P3與P1、P2的像在一條直線上，即讓P3擋住P1、P2的像；再插上P4，讓它擋住P1、P2的像和P3，P3、P4的位置如圖所示(2)過P1、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OO的中點M；過O點作bb的垂線CD，過M點作bb的垂線，與aa交于N，連接ON；P1ODi，CONr.sinisinr答案見解析7某同學(xué)在測定一厚

16、度均勻的圓形玻璃的折射率時，先在白紙上作一與圓形玻璃同半徑的圓，圓心為O，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P1和P2，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，大頭針P4、P3和P2、P1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：sinr圖7(1)沿P1、P2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)過光線的入射點作法線，標出入射角i和折射角r；(4)寫出計算圓形玻璃折射率的公式解析(1)P1P2為入射光線，P3P4為通過圓形玻璃后的折射光線(2)O1O2為入射光線P1P2在玻璃中的折射光線sini(3)如圖所示(4)n.答案見解析8如圖8所示，等腰直角