【物理】2019届二轮复习测定玻璃的折射率学案（全国通用）

【物理】2019届二轮复习测定玻璃的折射率学案（全国通用）

第十四章 选修3-4‎ 本章考查的热点有简谐运动的特点及图象、波的图象以及波长、波速、频率的关系，光的折射和全反射，题型以选择题和填空题为主，难度中等偏下，波动与振动的综合及光的折射与全反射的综合，有的考区也以计算题的形式考查．‎ 复习时应注意理解振动过程中回复力、位移、速度、加速度等各物理量的变化规律、振动与波动的关系及两个图象的物理意义，注意图象在空间和时间上的周期性，分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时，应注意与实际应用的联系，作出正确的光路图；光和相对论部分，以考查基本概念及对规律的简单理解为主，不可忽视任何一个知识点.‎ ‎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．‎ ‎1． 实验原理 如原理图甲所示，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，再根据或算出玻璃的折射率．学 ‎ ‎2． 实验器材学, , ]‎ 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔．‎ ‎3． 实验步骤 ‎(1)用图钉把白纸固定在木板上．‎ ‎(2)在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O点的法线NN′.‎ ‎(3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针． 学 ]‎ ‎(4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐，并画出另一条长边的对齐线bb′.‎ ‎(5)眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P3和P1、P2的像．‎ ‎(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′，连接O、O′得线段OO′.‎ ‎(7)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.‎ ‎(8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的，并取平均值．‎ ‎★重点归纳★‎ ‎1． 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 θ1－sin θ2图象，由可知图象应为直线，如实验原理图乙所示，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，以一定的长度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′.如实验原理图丙所示， .只要用刻度尺量出 EH、E′H′的长度就可以求出n.‎ ‎2． 注意事项 ‎(1)用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面，严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb′.‎ ‎(2)实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动．‎ ‎(3)大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大一点，以减小确定光路方向时造成的误差．‎ ‎(4)实验时入射角不宜过小，否则会使测量误差过大，也不宜过大，否则在bb′一侧将看不到P1、P2的像．‎ ‎★典型案例★某同学在测一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时，先在白纸上画一与圆形玻璃同半径的圆，圆心为O，将圆形玻璃平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合．在玻璃一侧竖直插两枚大头针和,在另一侧按正确方法再插两枚大头针和，移去大头针和圆形玻璃后，得图如下：‎ ‎（1）从和一侧观察时，、、、应满足的关系为 ；‎ ‎（2）完成光路图，并标明入射光线、玻璃内传播的光线、出射光线 ；‎ ‎（3）用α和β表示出光线从玻璃射入空气时的入射角和折射角，并用它们表示出玻璃的折射率为 ． 学 ]‎ ‎【答案】、和、的像应在一条直线上 ‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ ‎（1）从P3和P4一侧观察时，P1、P2、P3、P4应满足的关系为：大头针P3、P4和P1、P2的像恰在一直线上，故从P3和P4一侧观察时， P4应挡住P3和P1、P2的像； P3应挡住P1、P2的像； P2应挡住P1的像．‎ ‎（2）连接P1、P2表示入射光线，连接P3、P4‎ 表示出射光线，连接两光线与玻璃砖的交点，即为折射光线．‎ ‎（3）应用折射率的定义式n＝求出玻璃的折射率．学 ‎ ‎【详解】‎ ‎（3）连接O、N所作的直线是过出射点N点的界面法线，则入射角α和折射角β如图所示．‎ 则折射率：‎ ‎【点睛】‎ 本题考查对用插针法测定玻璃砖折射率原理的理解和方法的掌握程度，要知道折射率的定义式、确定入射角与折射角是正确解题的关键．‎ ‎★针对练习1★如图所示，是利用插针法测定玻璃砖的折射率的实验得到的光路图．玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行，则 ‎(1)出射光线与入射光线 ．（填仍平行或不再平行）．‎ ‎(2)以入射点O为圆心，以R=5cm长度为半径画圆，与入射线PO交于M点，与折射线OQ交于F点，过M、F点分别向法线作垂线，量得MN=1.68cm，EF=1.12cm，则该玻璃砖的折射率n= ．‎ ‎【答案】不平行1.5‎ ‎【解析】 ]‎ ‎【详解】 学 ]‎ ‎【点睛】‎ 根据光的折射定律和几何关系判断出射光线和入射光线之间关系．根据折射定律求出玻璃砖的折射率．‎ ‎★针对练习2★在测定玻璃的折射率实验时 ‎（1）下列说法正确的是 ‎ A．入射角越大，误差越小 B．在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面 C．实验时即可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量 D．判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部 ‎（2）小时同学在插针时玻璃砖的位置如图1所示。根据插针与纸上已画的界面确定入射点与出射点，依据上述操作所测得的折射率 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）‎ ‎（3）小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置P1、P2、P3、P4，AB和CD是描出的下班砖的两个边，如图2所示，请在答题纸上画出光路图 。‎ ‎【答案】C 偏小 ‎ ‎（2）从图1中可知玻璃砖发生倾斜，则所测定的入射角和折射角都变大，根据折射定律，两角度都变大，根据数学知识可知，故测定的折射率减小．学 ‎ ‎（3）连接，确定入射点，连接，确定出射点，再连接入射点和出射点并标上箭头，如图所示