【物理】2019届一轮复习人教版实验十二测定玻璃的折射率学案

【物理】2019届一轮复习人教版实验十二测定玻璃的折射率学案

第59讲　实验十二 测定玻璃的折射率 考情剖析 考查内容 考纲要求 考查年份 考查详情 能力要求 实验、探究：测 定玻璃的折射率 实验储备一、实验目的 ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1．理解用插针法测定玻璃折射率的原理．‎ ‎2．学会测定玻璃的折射率的实验方法．‎ 二、实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针(四枚)、图钉(四枚)、量角器、三角板(或直尺)、铅笔．‎ 三、实验原理 用插针法确定光路，找出跟入射线相对应的折射线；用量角器测出入射角i和折射角r；根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝.‎ 四、实验步骤 ‎1．把白纸用图钉钉在木板上；‎ ‎2．在白纸上画一条直线aa′作为界面，画一条线段AO作为入射光线，并过O点画出界面aa′的法线NN′，如图所示；‎ ‎3．把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个边跟aa′对齐，并画出玻璃砖的另一个边bb′；‎ ‎4．在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1和P2；‎ ‎5．在玻璃砖的bb′一侧竖直地插上大头针P3，用眼睛观察，调整视线，要使P3能同时挡住P1和P2的像；‎ ‎6．同样地在玻璃砖的bb′一侧再竖直地插上大头针P4，使P4能挡住P3本身和P1和P2的像；‎ ‎7．记下P3和P4的位置，移去玻璃砖和大头针，过P3和P4作直线O′B与bb′交于O′，连接OO′，OO′就是玻璃砖内的折射光线，入射角i＝∠NOA，折射角r＝∠O′ON′；‎ ‎8．用量角器量出入射角和折射角的度数；‎ ‎9．从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记入自己设计的表格里；‎ ‎10．用上面的方法分别求出入射角是30°、45°、60°时的折射角，查出入射角i＝∠NOA和折射角r＝∠O′ON′的正弦值；‎ ‎11．算出不同入射角时 的值比较一下，看它们是否接近一个常数，求出几次实验中所测的平均值，这就是玻璃砖的折射率．‎ 五、数据处理 数据处理的另一种方法：如图所示，以O1为圆心以任意长为半径(半径要尽可能长些约10 cm)画圆交入射光线AO1于M点、交折射光线O1O于P点，过M、P作NN′的垂线MK、PQ，则n＝，据此可知，用刻度尺测出MK、QP的长度，即可求出折射率n.‎ 六、误差分析 误差的主要来源：‎ ‎1．确定入射光线、出射光线时的误差．故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点．‎ ‎2．测量入射角与折射角时的误差．故入射角不宜过小，但入射角也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱．‎ 七、注意事项 ‎1．玻璃砖要厚，用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面；‎ ‎2．入射角应在30°到60°之间；‎ ‎3．大头针要竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应尽量大一些，以减小确定光路方向时造成的误差；‎ ‎4．玻璃砖的折射面要画准；‎ ‎5．由于要多次改变入射角重复实验，所以入射光线与出射光线要一一对应编号以免混乱．‎ 技能优化 释难答疑的金钥匙 ‎【典型例题1】　在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示．‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎(1)在图中画出完整的光路图；‎ 甲 ‎　　乙 ‎(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留3位有效数字)；‎ ‎(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和______(选填“A”或“B”)．‎ ‎【典型例题2】　学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示．在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：‎ ‎(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为________．‎ ‎(2)图中P3、P4两位置中______(选填“P3”或“P4”)处所对应的折射率大．‎ ‎(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为________．‎ ‎(4)若保持∠AOF＝30°不变，用该装置能测量的最大折射率的值不超过________．‎ ‎【典型例题3】　在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面ab、cd与玻璃砖位置的关系分别如图①、②和③所示，其中甲、丙同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖．他们的其他操作均正确，且均以ab、cd为界面画光路图．‎ 则甲同学测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)，乙同学测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)，丙同学测得的折射率与真实值相比________．‎ 当堂检测　　1.如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率．在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3，图中MN为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点．‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 第1题图 ‎(1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量________，则玻璃砖的折射率可表示为________．‎ ‎(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)．‎ ‎2．某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率，如图所示．实验的主要过程如下：‎ 第2题图 A．把白纸用图钉钉在木板上，在白纸上作出直角坐标系xOy，在白纸上画一条线段AO表示入射光线．‎ B．把半圆形玻璃砖M放在白纸上，使其底边aa′与Ox轴重合．‎ C．用一束平行于纸面的激光从y＞0区域沿y轴负方向射向玻璃砖，并沿x轴方向调整玻璃砖的位置，使这束激光从玻璃砖底面射出后，仍沿y轴负方向传播．‎ D．在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2.‎ E．在坐标系y＜0的区域内竖直地插上大头针P3，并使得从P3一侧向玻璃砖方向看去，P3能同时挡住P1和P2的像．‎ F．移开玻璃砖，连接O、P3，用圆规以O点为圆心画一个圆(如图中虚线所示)，此圆与AO线交点为B，与OP3线的交点为C.确定出B点到x轴、y轴的距离分别为x1、y1，C点到x轴、y轴的距离分别为x2、y2.‎ ‎(1)若实验中该同学没有将玻璃砖的底边aa′与Ox轴重合，而是向y＞0方向侧移了一些，这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比________．(选填“偏大”、“不变”或“偏小”)‎ ‎(2)若实验中该同学在y＜0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2，为能透过玻璃砖看到P1、P2，应采取的措施是：________________________________________________________________________.‎ ‎3．某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖．如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm.玻璃的折射率n＝________，光在玻璃中传播速度v＝________m/s(光在真空中传播速度c＝3.0×108 m/s，结果均保留两位有效数字)．‎ 第3题图 第59讲　实验十二：　测定玻璃 的折射率技能优化 ‎·典型例题1· (1)如图所示　(2)1.51(±0.03均可)　(3)A　【解析】　(1)完整的光路图如图所示．‎ ‎(2)用量角器测出入射角i与折射角r，根据折射率n＝得出结果；或者利用坐标纸结合入射角和折射角画两个直角三角形，然后用刻度尺测出所对应的直角边和斜边的长度，进一步计算出正弦值，再代入折射率公式即可．‎ ‎(3)由题图乙可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和B.P3和A的连线与玻璃砖没交点．‎ ‎·典型例题2·(1)　(2)P4　(3)1　(4)2‎ ‎【解析】　(1)OP3与OC的夹角为30°，则入射角为60°，根据折射率定律n＝＝；(2)P4位置的入射角大，在折射角一定的情况下，故折射率就大．‎ ‎(3)入射角和折射角相等，则折射率为1.(4)当发生全反射时，为所能测量最大折射率，故为2.‎ ‎·典型例题3·(1)偏小　(2)不变　(3)偏小 ‎【解析】　如图①测定折射率时，折射角增大，则折射率减小；‎ 用图②测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；‎ 用图③测折射率时，折射角偏大，所以测得的折射率变小．‎ 当堂检测 ‎1．(1)l1和l3　n＝　(2)偏大　【解析】　(1)sinθ1＝，sinθ2＝，因此玻璃的折射率n＝＝＝，因此只需测量l1和l3即可．(2)当玻璃砖顺时针转过一个小角度时，在处理数据时，认为l1是不变的，即入射角不变，而l3减小，所以测量值n＝将偏大．‎ ‎2．(1)偏大　(2)减小光线AO的入射角 ‎【解析】　(1)折射率n＝，玻璃砖的底边aa′与Ox轴未重合而向y＞0方向侧移了一些，导致测量的y2偏大，y1偏小，所以玻璃的折射率的测量值与真实值相比偏大；‎ ‎(2)在y＜0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2，说明光线AO在界面aa′上发生了全反射．应该减小光线AO的入射角．‎ ‎3．1.2　2.5×108　【解析】　作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角i＝45°，折射角r＝37°，故折射率n＝≈1.2，故v＝＝2.5×108 m/s.‎ 第3题图选修3－5‎