高中物理 第四章 光的折射 2 學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率課件 教科版選修34

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1、2學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率第四章光的折射學(xué)習(xí)目標(biāo)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(cè)定玻璃磚的折射率.內(nèi)容索引題型演練學(xué)以致用 實(shí)訓(xùn)演練達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān)技能儲(chǔ)備明確原理 提煉方法技能儲(chǔ)備技能儲(chǔ)備一、實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率一、實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率1.實(shí)驗(yàn)原理用插針法確定光路，找出與入射光線相應(yīng)的出射光線，就能在玻璃磚中畫出對(duì)應(yīng)的折射光線，從而可以測(cè)出一組對(duì)應(yīng)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(shí)驗(yàn)器材玻璃磚、白紙、木板、大頭針?biāo)拿丁D釘(34枚)、量角器、直尺、鉛筆. 3.實(shí)驗(yàn)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(gè)面的直線aa作為分界面，過aa上一點(diǎn)O作垂直于aa的直線NN作為法線，過O點(diǎn)畫一條入射光線AO，使入射角i適當(dāng)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(cè)玻璃磚，使玻璃磚的一個(gè)面與aa重合.(4)用直尺畫平行于玻璃磚另一側(cè)面的一條直線bb.(5)在玻璃磚的bb一側(cè)白紙上豎直地插一枚大頭針P3，調(diào)整視線，同時(shí)移動(dòng)大頭針P3的位置，當(dāng)P3恰好能同時(shí)擋住玻璃磚aa一側(cè)所插的大頭針P1、P2的像時(shí)，把大頭針P3插好.(6)在玻璃磚bb一側(cè)再豎直地插一枚大頭針P4，使P4能擋住P3本身，同時(shí)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(diǎn)，連接OO，OO就是入射光線AO在玻璃磚內(nèi)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?nèi)肷浣莍，重復(fù)上面的步驟再做三、四次，量出相應(yīng)的入射角和折射角.(10)算出不同入射角時(shí) 的值，求出幾次實(shí)驗(yàn)中的平均值就是玻璃的折射率.4.數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算法：把上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別由n 計(jì)算出n1、n2、n3、，求出平均值即為玻璃磚折射率的測(cè)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(biāo)、以sin i值為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，如圖2所示.描數(shù)據(jù)點(diǎn)，過數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得一條過原點(diǎn)的直線.求解圖線斜

4、率，設(shè)斜率為k，則nk.圖2(3)單位圓法：過入射點(diǎn)畫出玻璃磚界面的法線NN，以入射點(diǎn)B為圓心，適當(dāng)長(zhǎng)度為半徑畫圓，入射光線、折射光線與圓周交于A和C，由點(diǎn)A、C向法線作垂線，分別交法線NN于A、C點(diǎn)，如圖3所示.測(cè)出垂線的長(zhǎng)度AA和CC，則玻璃磚的折射率可表示為圖35.注意事項(xiàng)(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(xué)面.嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)直尺使用.(2)實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚在紙面上的位置不可移動(dòng).(3)大頭針P1與P2、P3與P4的間距要適當(dāng)?shù)卮笮詼p小確定光線方向時(shí)出現(xiàn)的誤差.(4)實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角不能太小(接近零度)，否則會(huì)使測(cè)量誤差加大；也不能太大(接近90)，否則

5、會(huì)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(shí)際上是由各種單色光組成的復(fù)色光.復(fù)色光在通過透明介質(zhì)以后分解成單色光的現(xiàn)象叫做色散.2.同一種介質(zhì)對(duì)不同顏色的光的折射率是不同的.在各種色光中介質(zhì)對(duì)紫光折射率最大，表示紫光在介質(zhì)中傳播的速度最小.題型演練題型演練一、實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率答案答案見解析例例1在用三棱鏡測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側(cè)垂直白紙插入兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)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(biāo)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(diǎn)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(cè)出棱鏡玻璃的折射率，需要測(cè)量的量是_，_，在圖上標(biāo)出它們；答案解析答案答案見解析(3)計(jì)算折射率的公式是_.答案解析答案答案見解析總結(jié)提升總結(jié)提升測(cè)定玻璃折射率的基本思路測(cè)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(jì)算出玻璃的折射率.例例2在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中：(1)為了取得較好的實(shí)驗(yàn)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(yīng)盡量小些C.大頭針應(yīng)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(dāng)大些答案解析CD解析解析用插針法測(cè)定玻璃的折射率時(shí)，玻璃磚上、下表面不一定要平行，故A錯(cuò)誤；為了減小測(cè)量的相對(duì)誤差，選擇的入射角適當(dāng)大些，效果會(huì)更好，故B錯(cuò)誤；為了準(zhǔn)確確定入射光線和折射光線，大頭針應(yīng)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(dāng)大些時(shí)，引起的角度誤差會(huì)減小，效果會(huì)好些，

8、故D正確.解析解析如圖，實(shí)線是真實(shí)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(cè)得的入射角不受影響，但測(cè)得的折射角比真實(shí)的折射角偏大，因此測(cè)得的折射率偏小.(2)甲同學(xué)在畫界面時(shí)，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(cè)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(xué)在量入射角和折射角時(shí)，由于沒有量角器，在完成了光路圖以后，以O(shè)點(diǎn)為圓心，OA為半徑畫圓，交OO延長(zhǎng)線于C點(diǎn)，過A點(diǎn)和C點(diǎn)作垂直法線的直線分別交于B點(diǎn)和D點(diǎn)，如圖6所示，則他只需要測(cè)量_，就可求出玻璃的折射率n_.答案解析圖6AB、CD的長(zhǎng)度答案答案見解析圖例

9、例3用圓弧狀玻璃磚做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P1、P2，然后在玻璃磚的另一側(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)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(biāo)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(jīng)P1、P2點(diǎn)的入射光線.(1)在圖上補(bǔ)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(diǎn)，此交點(diǎn)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(diǎn)即為光線進(jìn)入玻璃磚的位置，連接兩交點(diǎn)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(cè)出玻璃的折射率，需要測(cè)量入射角和折射角，請(qǐng)?jiān)趫D中的AB分界面上畫出這兩個(gè)角.答案解析解析解析連接O點(diǎn)與光線在AB上的入射點(diǎn)即為法線，作出入射角和折射角如圖中i、r所示.(3)用所測(cè)物理量計(jì)算折射率的公式為n_.答案解析(4)多次改變?nèi)肷浣牵瑴y(cè)得幾組入射角和折射角，根據(jù)測(cè)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(shí)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?yàn)椋杭t、橙、黃、綠、藍(lán)、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(shí)，紅光的偏

11、向角最小，紫光的偏向角最大，說明同種玻璃對(duì)不同色光的折射率是不同的.(2)根據(jù)n 可知：在同種介質(zhì)中折射率大的速度小，各種色光在同種介質(zhì)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(diǎn)光源S發(fā)出的一細(xì)束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面，經(jīng)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(cè)是紅色光，b側(cè)是紫色光B.在真空中a側(cè)光的波長(zhǎng)小于b側(cè)光的波長(zhǎng)C.三棱鏡對(duì)a側(cè)光的折射率小于對(duì)b側(cè)光的折射率D.在三棱鏡中a側(cè)光的傳播速度大于b側(cè)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(jīng)過三

12、棱鏡，紅光的偏折角小于紫光的偏折角，則a側(cè)是紫色光，b側(cè)是紅色光，A錯(cuò)；由題圖知a側(cè)光的偏折角大，三棱鏡對(duì)a側(cè)光的折射率大，a側(cè)光的波長(zhǎng)短，B對(duì)，C錯(cuò)；三棱鏡對(duì)a側(cè)光的折射率大，由v 知，在三棱鏡中a側(cè)光的傳播速度小于b側(cè)光的傳播速度，D錯(cuò).總結(jié)提升總結(jié)提升1.同一介質(zhì)對(duì)不同的色光有不同的折射率，介質(zhì)對(duì)頻率大、波長(zhǎng)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(lán)、靛、紫.2.在同一介質(zhì)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(dá)標(biāo)檢測(cè)達(dá)標(biāo)檢測(cè)1231.(實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率)(多選)在做“測(cè)定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)時(shí)

13、，下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)要求的敘述正確的是A.玻璃磚的寬度宜大些B.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上C.每邊的兩個(gè)大頭針的距離近些容易觀察D.在插P4時(shí)，只要擋住P3的光線就行，與P1、P2無關(guān)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(diǎn)偏移距離大，便于畫圖和測(cè)量.大頭針垂直插在紙面上可減小誤差.每邊的兩個(gè)大頭針的距離過近，確定入射光線和出射光線的位置時(shí)誤差較大，在插P4時(shí)要擋住P3和P1、P2的像，與P1、P2有關(guān)，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(cè)移距離大于b光的側(cè)移距離，說明玻璃對(duì)a光的折射率大于玻璃對(duì)b光的折射率，同種介質(zhì)對(duì)紅、橙、黃、綠、

14、藍(lán)、靛、紫七種色光的折射率依次增大，由于b光是藍(lán)光，故只有D選項(xiàng)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(lán)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(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率)在用兩面平行的玻璃磚測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)驗(yàn)光路如圖11所示.(1)在實(shí)驗(yàn)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(dá)式為n_.答案解析123圖11(2)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理中，有兩位同學(xué)各設(shè)計(jì)了一個(gè)記錄表格，而且都已完成了計(jì)算，根據(jù)他們?cè)O(shè)計(jì)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(xué)設(shè)計(jì)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(cè)量的偶然誤差，必須采用多次測(cè)量取平均值的方法.由于每次測(cè)量時(shí)，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(zhì)的折射率僅由介質(zhì)的性質(zhì)決定，是不變的，所以應(yīng)根據(jù)每一個(gè)入射角及對(duì)應(yīng)的折射角，運(yùn)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(cè)量的誤差，故甲同學(xué)做得正確.乙同學(xué)設(shè)計(jì)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(xué)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(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)，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(cè)得的折射率比真實(shí)值_.答案解析123A 圖12解析解析題圖(a)測(cè)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(yùn)用特殊值法分析：若法線與界面垂直時(shí)，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(shí)，入射角與折射角都增大15，則折射率為n 1.22，可見，甲的測(cè)量值將偏小.出現(xiàn)題圖(b)所示的偏差時(shí)測(cè)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(cè)量值將偏小，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤.123