測定玻璃的折射率實驗歸納

測定玻璃的折射率實驗歸納【本講教育信息】一、教學內(nèi)容：測定玻璃的折射率實驗歸納二、學習目標：1、掌握測定玻璃的折射率的實驗原理及實驗誤差分析。2、能夠正確作出不同形狀的玻璃磚的光路并會運用公式法及單位圓法處理實驗數(shù)據(jù)。3、重點掌握測定玻璃的折射率相關(guān)的重要的習題類型及其解法?？键c地位：測定玻璃的折射率實驗是高考考查的重點，從近幾年對于本實驗的考查方向來看呈現(xiàn)出向新穎化、創(chuàng)新化的方向發(fā)展的趨勢，題目側(cè)重于對學生實驗能力的考查，試題難度適中，主要考查學生對于實驗原理的理解，實驗方法的靈活遷移及實驗數(shù)據(jù)的處理。從出題形式上主要是以實驗題形式為主，如06年全國Ⅱ卷第22題、江蘇卷第12題均通過實驗題形式進行考查。三、重難點解析：1.實驗目的（1）明確光通過玻璃時的入射角、折射角.（2）掌握測定玻璃折射率的方法.2.實驗原理如圖所示，abcd為兩面平行的玻璃磚，已知入射角θ1和折射角θ2，據(jù)計算出玻璃的折射率.3.實驗器材白紙，圖釘，大頭針，直尺，鉛筆，量角器，平木板，長方形玻璃磚.4.實驗步驟及調(diào)整安裝（1）把白紙用圖釘釘在木板上.（2）如圖所示，在白紙上畫一條直線aa＇作為界面，畫一條線段AO作為入射光線，并通過O點畫出界面aa＇的法線NN＇.（3）把長方形的玻璃磚放在白紙上，使它的一個長邊跟aa＇對齊，并畫出玻璃磚的另一個長邊bb＇.（4）在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2.（5）在玻璃磚的bb＇一側(cè)豎直地插上大頭針P3、P4，調(diào)整眼睛視線，使P3能同時擋住P1和P2的像，使P4能擋住P3本身和P1、P2的像.（6）記下P3、P4的位置，移去玻璃磚和大頭針，過P3、P4引直線O＇B與bb＇交于O＇，連接OO＇，OO＇就是玻璃磚內(nèi)的折射光線的路徑，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝。（7）用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的度數(shù).（8）從三角函數(shù)表中查出入射角和折射角的正弦值，記入自己設(shè)計的表格里.（9）用上面的方法分別求出入射角為15°、30°、45°、60°和75°時的折射角.查出入射角和折射角的正弦值，把這些數(shù)據(jù)也記在表格里.（10）算出不同入射角時的值.比較一下，看它們是否接近一個常數(shù)，求出幾次實驗中測的的平均值，就是玻璃的折射率.5.注意事項（1）用手拿玻璃磚時，手只能接觸玻璃磚的毛面或棱，不能觸摸光潔的光學面，嚴禁把玻璃磚當尺子畫玻璃磚的另一邊bb＇.（2）實驗過程中，玻璃磚在紙上的位置不可移動。（3）大頭針應豎直地插在白紙上，且玻璃磚每一側(cè)兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應大一些，以減小確定光路方向時造成的誤差。（4）實驗時入射角不宜過小，否則會使測量誤差變大，也不宜過大，否則在bb＇一側(cè)看不到P1、P2的像。（5）由于要多次改變?nèi)肷浣侵貜蛯嶒?，所以入射線與出射線要一一對應編號以免混亂。（6）玻璃磚應選用寬度較大的，宜在5cm以上，若寬度太小，則測量誤差較大。問題1、測定玻璃折射率實驗原理的理解和應用問題：例1、某同學在測定一厚度均勻的圓形玻璃柱的折射率時，先在白紙上作一與玻璃圓柱同半徑的圓，圓心為O，將玻璃圓柱平放在白紙上，使其邊界與所畫的圓重合.在玻璃柱一側(cè)豎直插兩枚大頭針P1和P2，在另一側(cè)再先后插兩個大頭針P3和P4，使從另一側(cè)隔著玻璃觀察時，大頭針P3、P4和P2、P1的像恰在一直線上，移去玻璃圓柱和大頭針后，在白紙上得到圖示.在下圖中畫出：（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）在光線的入射點作法線，標出入射角i和折射角r，（4）寫出計算玻璃折射率的公式（不必計算）.解析：根據(jù)實驗過程可知連結(jié)P3、P4點畫直線，即光線P1P2經(jīng)圓形玻璃后的傳播光線.連結(jié)圓心O和入射點作直線即入射點處的法線.根據(jù)折射定律可寫出答案：（1）（2）（3）見下圖（4）變式1、如圖所示，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)插上兩枚大頭針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所示.（1）在本題的圖上畫出所需的光路.（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n＝.答案：（1）如圖所示，畫出通過P1、P2、P3、P4的光線，包括在棱鏡內(nèi)的那部分路徑（2）入射角i和折射角r（如圖）（或線段EF、OE、GH、OG）（3）6.數(shù)據(jù)處理及誤差分析此實驗是通過測量入射角和折射角，然后查數(shù)學用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入中求玻璃的折射率，除運用此方法之外，還有以下處理數(shù)據(jù)的方法：（1）處理方法（Ⅰ）：在找到入射光線和折射光線以后，以入射點O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點，與OO＇（或OO＇的延長線）交于D點，過C、D兩點分別向NN＇作垂線，交NN＇于C＇、D＇，用直尺量出CC＇和DD＇的長.如圖所示.由于，而CO=DO，所以折射率：重復以上實驗，求得各次折射率的計算值，然后求其平均值即為玻璃磚折射率的測量值。（2）處理方式（Ⅱ）：根據(jù)折射定律可得因此有注意：在多次改變?nèi)肷浣?、測量相對應的入射角和折射角時，以值為橫坐標、以值為縱坐標，建立直角坐標系，如圖所示，描數(shù)據(jù)點，過數(shù)據(jù)點連線得一條過原點的直線。求解圖線的斜率，設(shè)斜率為k，則，故玻璃磚的折射率問題2、實驗數(shù)據(jù)的記錄與處理：例2、某同學由于沒有量角器，在完成了光路圖后，以O(shè)點為圓心，10.00cm長為半徑畫圓，分別交線段OA于A點，交OO＇連線延長線于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，如圖所示，用刻度尺量得OB=8.00cm，CD＝4.00cm，由此可得出玻璃的折射率n=.解析：由圖可知，在直角△AOB中有：代入數(shù)據(jù)可得：AB=6.00cm根據(jù)折射定律，結(jié)合圖中幾何關(guān)系有：所以代入數(shù)據(jù)可得：n=1.5.答案：1.5變式2、在實驗中，有兩位同學各設(shè)計了一個記錄表格，而且都已完成了計算，根據(jù)他們設(shè)計的表格所反映的信息，判斷他們論證做得是否正確，甲同學設(shè)計的表格是：次數(shù)入射角isini折射角rsinrn130°0.50020.9°0.3571.401.40245°0.70730.5°0.5081.39360°0.86638.0°0.6161.41乙同學設(shè)計的表格是：次數(shù)123角平均值正弦值n入射角i30°45°60°45°0.7071.42折射角r20.9°30.5°38.0°28.8°0.497上述兩位同學做得正確的是。（填“甲”或“乙”）答案：甲問題3、實驗誤差分析：例3、在利用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中：（1）甲同學在紙上正確畫出玻璃磚的兩個界面aa＇和bb＇后，不自覺地碰了玻璃磚使它向aa＇方向平移了少許，如圖所示，則他測出的折射率值將（選填“偏大”“偏小”或“不變”）。（2）乙同學在畫界面時，不自覺地將兩界面aa＇、bb＇間距畫得比玻璃磚寬度大些，如圖所示，則他測得的折射率值將（選填“偏大”“偏小”或“不變”）。答案：不變偏小變式3、如圖所示，在用玻璃磚測定玻璃折射率的實驗中，如果所用的玻璃磚ABCD的上表面AB和下表面CD不嚴格平行（AD略大于BC），下列說法中正確的是（）A.用此玻璃磚做實驗，畫出的折射光線c和相應的入射光線a不再平行，因此對實驗結(jié)果產(chǎn)生系統(tǒng)誤差B.用此玻璃磚做實驗，畫出的折射光線c和相應的入射光線a不再平行，但不會因此對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響C.出射光線c相對于入射光線a有順時針方向的微小偏轉(zhuǎn)D.出射光線c相對于入射光線a有逆時針方向的微小偏轉(zhuǎn)答案：BC問題4、測折射率方法的創(chuàng)新與遷移問題：例4、學校開展研究性學習，某研究小組的同學根據(jù)所學的光學知識，設(shè)計了一個測量液體折射率的儀器，如圖所示.在一圓盤上，過其圓心O作兩條互相垂直的直徑BC、EF，在半徑OA上，垂直盤面插下兩枚大頭針P1、P2并保持P1、P2位置不變，每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2，同學們通過計算，預先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值，則：（1）若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所對應的折射率的值為。（2）圖中P3、P4兩位置哪一處所對應的折射率值大？答：（3）作AO的延長線交圓周于K，K處所對應的折射率值應為。解析：（1）根據(jù)折射定律：，題中∠AOF＝30°（2）圖P4對應的入射角大于P3所對應的，所以P4對應的折射率大。（3）因A、O、K在一條直線上，入射角等于折射角，所以K處對應的折射率應為1。答案：（1）1.73（2）P4（3）1例5、某同學根據(jù)所學的光學知識，設(shè)計了一個測透明液體折射率的儀器，如圖所示.在圓盤上作直徑BC⊥EF，在半徑OA上垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2，并保持P1、P2位置不變.每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中，使直徑BC與液面重合，然后在EC區(qū)域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2.該同學在圓周KC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值，則：（1）若∠AOF=∠COP3=30°，則P3處所對應的折射率的值為；（2）若保持∠AOF=30°不變，則用該裝置能測量的最大折射率不超過.答案：（1）（2）2小結(jié)本節(jié)內(nèi)容。

【模擬試題】（答題時間：30分鐘）*1、測定玻璃磚折射率的實驗如圖所示，把玻璃磚放在白紙上之前應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位，從而確定了折射光線的方向.**2、某同學做測定玻璃的折射率的實驗，操作時將玻璃磚的界線aa＇、bb＇畫好后誤用另一塊寬度稍窄的玻璃磚。如圖所示.實驗中仍用原界線外，其他操作都正確，則測玻璃的折射率將（）.A.偏大 B.偏小 C.不影響結(jié)果 D.不能確定***3、用如圖所示的裝置觀察光的反射和折射現(xiàn)象并測得玻璃的折射率，在光具盤的中央固定一塊半圓柱形的玻璃磚，使二者的圓心重合，讓激光束從玻璃圓柱的圓弧面一側(cè)入射，光線垂直且經(jīng)過圓柱的軸線，在入射光束不變的情況下，以圓柱的軸線為軸逆時針緩慢轉(zhuǎn)動光具盤，此時發(fā)現(xiàn)有兩束光同時在光具盤上移動，當光具盤轉(zhuǎn)過θ時，發(fā)現(xiàn)其中一束光剛好消失，則玻璃的折射率n=.***4、兩位同學各設(shè)計一個數(shù)據(jù)記錄表格，而且都已完成了計算，你認為正確的是.甲設(shè)計的表格是：次數(shù)isinirsinrn130°0.50020.9°0.3571.401.40245°0.70730.5°0.5081.39360°0.86638.0°0.6161.41乙設(shè)計的表格是：次數(shù)123角平均值正弦值i30°45°60°45°0.7071.40r20.9°30.5°38.0°28.8°0.497***5、某同學做測定玻璃折射率實驗時，用他測得的多組入射角θ1與折射角θ2，作出圖像如圖所示，下列判斷中哪些是正確的？（）.A.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.玻璃的折射率為1.5D.玻璃臨界角的正弦值為0.67***6、某同學由于沒有量角器，在完成了光路圖以后，他以O(shè)點為圓心，10.00cm為半徑畫圓，分別交線段OA于A點，交OO＇連線的延長線于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，如圖所示，用刻度尺量得OB=8.00cm，CD=4.00cm，由此可得出玻璃的折射率n=.

【試題答案】1.aa＇NN＇AOO＇BOO＇2.B（