高考物理一輪復習 實驗十四 測定玻璃的折射率教學案

實驗十四 測定玻璃的折射率1.學會用插針法確定光路.2.會用玻璃磚和光的折射定律測定玻璃的折射率 一、基本實驗要求1實驗原理如實驗原理圖甲所示，當光線AO1以一定的入射角1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線AO1對應的出射光線O2B，從而求出折射光線O1O2和折射角2，再根據n或n算出玻璃的折射率2實驗器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆3實驗步驟(1)用圖釘把白紙固定在木板上(2)在白紙上畫一條直線aa，并取aa上的一點O為入射點，作過O點的法線NN.(3)畫出線段AO作為入射光線，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針(4)在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊與直線aa對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb.(5)眼睛在bb的一側透過玻璃磚觀察兩個大頭針并調整視線方向，使P1的像被P2的像擋住，然后在眼睛這一側插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P3和P1、P2的像(6)移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線OB及出射點O，連接O、O得線段OO.(7)用量角器測量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin1和sin2.(8)改變入射角，重復實驗，算出不同入射角時的，并取平均值二、規(guī)律方法總結1數據處理(1)計算法：用量角器測量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin1和sin2.算出不同入射角時的，并取平均值(2)作sin1sin2圖象：改變不同的入射角1，測出不同的折射角2，作sin1sin2圖象，由n可知圖象應為直線，如實驗原理圖乙所示，其斜率為折射率(3)“單位圓”法確定sin1、sin2，計算折射率n.以入射點O為圓心，以一定的長度R為半徑畫圓，交入射光線OA于E點，交折射光線OO于E點，過E作NN的垂線EH，過E作NN的垂線EH.如實驗原理圖丙所示，sin1，sin2，OEOER，則n.只要用刻度尺量出EH、EH的長度就可以求出n.2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，且玻璃磚每兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應大一點，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，否則會使測量誤差過大，也不宜過大，否則在bb一側將看不到P1、P2的像高頻考點一實驗的原理與操作例1某同學利用“插針法”測定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行正確操作后，作出的光路圖及測出的相關角度如圖1所示圖1(1)此玻璃的折射率計算式為n_(用圖中的1、2表示)(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應選用寬度_(填“大”或“小”)的玻璃磚來測量答案(1)(2)大解析(1)光線由空氣射入玻璃的入射角i901，折射角r902，由折射率的定義可得：n，根據平行玻璃磚對光線的影響可知，玻璃磚寬度越大，側移量越大，折射角的測量誤差越小【變式探究】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插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，使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2所示圖2(1)在題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_答案見解析高頻考點二數據處理及誤差分析例3在“測定玻璃的折射率”實驗中，某同學經正確操作插好了4枚大頭針，如圖3甲所示(1)在圖乙中畫出完整的光路圖(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3位有效數字).(3)為了觀測光在玻璃磚不同表面的折射現象，某同學做了兩次實驗，經正確操作插好了8枚大頭針，如圖丙所示圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對應出射光線上的2枚大頭針是P3和_(填“A”或“B”)圖3答案(1)見解析圖(2)1.53(說明：1.530.03范圍內都可)(3)A解析(1)分別連接玻璃磚兩側的大頭針所在的點并延長，與玻璃磚邊分別相交，標出傳播方向，然后連接玻璃磚邊界的兩交點，即為光線在玻璃磚中的傳播路徑光路圖如圖所示【變式探究】在用插針法測定玻璃磚的折射率的實驗中，甲、乙、丙三位同學在紙上畫出的界面aa、bb與玻璃磚位置的關系分別如圖4、和所示，其中甲、丙兩同學用的是矩形玻璃磚，乙同學用的是梯形玻璃磚他們的其他操作均正確，且均以aa、bb為界面畫光路圖圖4(1)甲同學測得的折射率與真實值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”)(2)乙同學測得的折射率與真實值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”)(3)丙同學測得的折射率與真實值相比_答案(1)偏小(2)不變(3)可能偏大、可能偏小、可能不變【舉一反三】如圖5，用插針法測定玻璃折射率的實驗中，以下說法正確的是()圖5(1)P1、P2及P3、P4之間的距離適當大些，可以提高準確度(2)P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些，可以提高準確度(3)入射角1適當大些，可以提高準確度(4)入射角太大，折射光線會在玻璃磚的內表面發(fā)生全反射，使實驗無法進行(5)P1、P2的間距、入射角的大小均與實驗的準確度無關A(1)(3) B(2)(4)C(3)(5) D(1)(4)答案A解析實驗根據大頭針確定入射光線和出射光線，在連線及測量時必然有誤差，P1、P2和P3、P4之間距離適當大些，可以減小誤差，故(1)正確，(2)錯誤；實驗要求入射角不能太小，否則會導致測量誤差太大，(3)正確；根據幾何知識知光在第二界面的入射角等于在第一界面的折射角，即小于臨界角，不會發(fā)生全反射，(4)錯誤；綜合上述分析知(5)錯誤故選A.高頻考點三實驗拓展與創(chuàng)新例3某同學用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率開始時玻璃磚的位置如圖6中實線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉動，同時在玻璃磚直徑邊一側觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像如此觀察，當玻璃磚轉到圖中虛線位置時，上述現象恰好消失此時只需測量出_，即可計算出玻璃磚的折射率請用你的測量值表示出折射率：_.圖6答案玻璃磚直徑邊繞O點轉過的角度n【變式探究】學校開展研究性學習，某研究小組的同學根據所學的光學知識，設計了一個測量液體折射率的儀器，如圖7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的像，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P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值，則：圖7(1)若AOF30，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的值大？答：_.(3)作AO的延長線交圓周于K，K處所對應的折射率的值應為_答案(1)(2)P4處對應的折射率的值大(3)1【舉一反三】小明同學設計了一個用刻度尺測半圓形玻璃磚折射率的實驗，如圖8所示，他進行的主要步驟是：圖8A用刻度尺測玻璃磚的直徑AB的大小d.B先把白紙固定在木板上，將玻璃磚水平放置在白紙上，用筆描出玻璃磚的邊界，將玻璃磚移走，標出玻璃磚的圓心O、直徑AB、AB的法線OC.C將玻璃磚放回白紙的原處，長直尺MN緊靠A點并與直徑AB垂直放置D調節(jié)激光器，使PO光線從玻璃磚圓弧面沿半徑方向射向圓心O，并使長直尺MN的左右兩側均出現亮點，記下左側亮點到A點的距離x1，右側亮點到A點的距離x2.則：小明利用實驗數據計算此玻璃磚折射率的表達式為n_.關于上述實驗，以下說法正確的是_A在BOC的范圍內，改變入射光線PO的入射角，直尺MN上可能只出現一個亮點B左側亮點到A點的距離x1一定小于右側亮點到A點的距離x2C左側亮點到A點的距離x1一定大于右側亮點到A點的距離x2D要使左側亮點到A點的距離x1增大，應減小入射角答案(1) (2)ABD(2)當入射角大于等于發(fā)生全反射的臨界角時，只有反射沒有折射，則直尺MN上只出現一個亮點，故A正確光從玻璃射入真空，折射角大于入射角，通過幾何關系知，x1<x2，故B正確，C錯誤減小入射角，則折射角減小，x1增大，故D正確?！?016四川卷】某同學通過實驗測定半圓形玻璃磚的折射率n.如圖1甲所示，O是圓心，MN是法線，AO、BO分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑該同學測得多組入射角i和折射角r，作出sin isin r圖像如圖乙所示則()圖1A光由A經O到B，n1.5B光由B經O到A，n1.5C光由A經O到B，n0.67D光由B經O到A，n0.67【答案】B【解析】在本題中，介質折射率為空氣中角度的正弦值和介質中角度的正弦值之比，則n1.5.又由于題目中所說的入射角為i，可以得出光線是從B經O到A，故選項B正確【2015北京21（1）】10“測定玻璃的折射率”的實驗中，在白紙上放好玻璃磚，和分別是玻璃磚與空氣的兩個界面，如圖1所示，在玻璃磚的一側插上兩枚大頭針和，用“+”表示大頭針的位置， 然后在另一側透過玻璃磚觀察，并依次插上大頭針和，在插和時，應使 （選填選項前的字母）A、只擋住的像 B、只擋住的像 C、同時擋住、的像【答案】C1、如圖4所示，某同學用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心O，在玻璃磚(圖中實線部分)另一側垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接OP3，圖中MN為分界線，虛線半圓與玻璃磚對稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點圖4(1)設AB的長度為l1，AO的長度為l2，CD的長度為l3，DO為的長度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量_，則玻璃磚的折射率可表示為_(2)該同學在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O為圓心順時針轉過一小角度，由此測得玻璃磚的折射率將_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)答案(1)l1和l3n(2)偏大解析(1)sin 1，sin 2，因此玻璃的折射率n，因此只需測量l1和l3即可(2)當玻璃磚順時針轉過一個小角度時，在處理數據時，認為l1是不變的，即入射角不變，而l3減小，所以測量值n將偏大/2某同學利用“插針法”測定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行正確操作后，作出的光路圖及測出的相關角度如圖5所示圖5(1)此玻璃的折射率計算式為n_(用圖中的1、2表示)(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應選用寬度_(填“大”或“小”)的玻璃磚來測量答案(1)(2)大3在用插針法測定玻璃磚的折射率的實驗中，甲、乙、丙三位同學在紙上畫出的界面aa、bb與玻璃磚位置的關系分別如圖6、和所示，其中甲、丙兩同學用的是矩形玻璃磚，乙同學用的是梯形玻璃磚他們的其他操作均正確，且均以aa、bb為界面畫光路圖圖6(1)甲同學測得的折射率與真實值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”)(2)乙同學測得的折射率與真實值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”)(3)丙同學測得的折射率與真實值相比_答案(1)偏小(2)不變(3)可能偏大、可能偏小、可能不變解析(1)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，折射率變?。?2)用圖測定折射率時，只要操作正確，與玻璃磚形狀無關；(3)用圖測定折射率時，無法確定折射光線偏折的大小，所以測得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不變4、某同學測量玻璃磚的折射率，準備了下列器材：激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚如圖7所示，直尺與玻璃磚平行放置，激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點射向玻璃磚表面，在直尺上觀察到A、B兩個光點，讀出OA間的距離為20.00 cm，AB間的距離為6.00 cm，測得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d110.00 cm，玻璃磚厚度d24.00 cm.玻璃的折射率n_，光在玻璃中傳播速度v_ m/s(光在真空中傳播速度c3.0108 m/s，結果均保留兩位有效數字)圖7答案1.22.51085某同學用半圓形玻璃磚測定玻璃的折射率(如圖8所示)實驗的主要過程如下：圖8A把白紙用圖釘釘在木板上，在白紙上作出直角坐標系xOy，在白紙上畫一條線段AO表示入射光線B把半圓形玻璃磚M放在白紙上，使其底邊aa與Ox軸重合C用一束平行于紙面的激光從y0區(qū)域沿y軸負方向射向玻璃磚，并沿x軸方向調整玻璃磚的位置，使這束激光從玻璃磚底面射出后，仍沿y軸負方向傳播D在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2.E在坐標系y0的區(qū)域內豎直地插上大頭針P3，并使得從P3一側向玻璃磚方向看去，P3能同時擋住P1和P2的像F移開玻璃磚，連接O、P3，用圓規(guī)以O點為圓心畫一個圓(如圖中虛線所示)，此圓與AO線交點為B，與OP3線的交點為C.確定出B點到x軸、y軸的距離分別為x1、y1，C點到x軸、y軸的距離分別為x2、y2.(1)若實驗中該同學沒有將玻璃磚的底邊aa與Ox軸重合，而是向y0方向側移了一些，這將導致所測的玻璃折射率與其真實值相比_(選填“偏大”“不變”或“偏小”)(2)若實驗中該同學在y0的區(qū)域內，從任何角度都無法透過玻璃磚看到P1、P2的像，為能透過玻璃磚看到P1、P2的像，應采取的措施是：_.答案見解析6.某同學用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率開始玻璃磚的位置如圖9中實線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉動，同時在玻璃磚的直徑邊一側觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像如此觀察，當玻璃磚轉到圖中虛線位置時，上述現象恰好消失此時只需測量出_，即可計算出玻璃磚的折射率請用你測量的量表示出折射率n_.圖9答案玻璃磚直徑邊繞O點轉過的角度我國經濟發(fā)展進入新常態(tài)，需要轉變經濟發(fā)展方式，改變粗放式增長模式，不斷優(yōu)化經濟結構，實現經濟健康可持續(xù)發(fā)展進區(qū)域協(xié)調發(fā)展，推進新型城鎮(zhèn)化，推動城鄉(xiāng)發(fā)展一體化因：我國經濟發(fā)展還面臨區(qū)域發(fā)展不平衡、城鎮(zhèn)化水平不高、城鄉(xiāng)發(fā)展不平衡不協(xié)調等現實挑戰(zhàn)。