【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

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【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
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