【物理】2019届二轮复习第58讲实验：测定玻璃的折射率教案（全国通用）

【物理】2019届二轮复习第58讲实验：测定玻璃的折射率教案（全国通用）

第58讲 实验：测定玻璃的折射率 ‎【教学目标】‎ ‎1.学会用插针法确定光路.‎ ‎2.会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率． ‎ ‎【教学过程】‎ ‎ ‎ ‎【实验目的】‎ ‎1．测定玻璃的折射率。‎ ‎2．学会用插针法确定光路。‎ ‎【实验原理】‎ 如实验原理图所示，当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B，从而求出折射光线O1O2和折射角θ2，再根据n＝或n＝算出玻璃的折射率。‎ ‎【实验器材】‎ 玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔。‎ ‎【实验步骤】‎ ‎1．如图所示，把白纸铺在木板上。‎ ‎2.在白纸上画一直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线。‎ ‎3．把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb′。‎ ‎4．在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。‎ ‎5．从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P3本身及P1、P2的像。‎ ‎6．移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O ‎′。连接O、O′， OO′就是玻璃砖内折射光线的方向。∠AON为入射角，∠O′ON′ 为折射角。‎ ‎7．改变入射角，重复实验。‎ ‎【数据处理】‎ ‎1．计算法 用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的，并取平均值。‎ ‎2．作sin θ1 sin θ2图象 改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1sin θ2 图象，由n＝可知图象应为直线，如图所示，其斜率为折射率。‎ ‎3．“单位圆法”确定sin θ1、sin θ2，计算折射率n 以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′。如图所示，sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则 n＝＝。只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。‎ ‎【误差分析】‎ ‎1．入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。‎ ‎2．入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。‎ ‎【注意事项】‎ ‎1．实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O′之间距离要稍大一些。‎ ‎2．入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)。太大：反射光较强，出射光较弱；太小：入射角、折射角测量的相对误差较大。‎ ‎3．操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。‎ ‎4．实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。‎ ‎5．玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。‎ ‎【典型例题】用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线。‎ ‎(1)在图上补画出所需的光路。‎ ‎(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的AB分界面上画出这两个角。‎ ‎(3)用所测物理量计算折射率的公式为n＝ 。‎ ‎(4)为了保证在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当 (填“小一些”“无所谓”或“大一些”)。‎ ‎(5)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝ 。‎ ‎【答案】(1)(2)如图所示　(3)　(4)小一些　(5)1.5‎ ‎【解析】　(1)连接P3、P4与CD交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，由于P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路。‎ ‎(2)连接O点与光线在AB上的入射点即为法线，入射光线与法线的夹角为入射角，折射光线与法线的夹角为折射角。‎ ‎(3)由折射定律可得n＝。‎ ‎(4)为了保证能在弧面CD上有出射光线，实验过程中，光线在弧面AB上的入射角应适当小一些，才不会使光线在CD面上发生全反射。‎ ‎(5)图像的斜率k＝＝n，由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5。‎ ‎【答案】(1)(2)如图所示　(3)　(4)小一些　(5)1.5‎