2022年高考物理一轮复习第十四章振动和波光第5课时测定玻璃的折射率学案新人教版

第5课时测定玻璃的折射率一、实验目的1．测定玻璃的折射率。2．学会用插针法确定光路。二、实验原理如下图，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＝eq\f(sinθ1,sinθ2)算出玻璃的折射率。三、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。谨记局部器材用途玻璃砖被测物体大头针、三角板、铅笔确定光线通过玻璃砖的光路图量角器测定入射角和折射角四、实验步骤1．把白纸铺在木板上并用图钉固定。2．如下图，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，再用三角板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′就是玻璃砖内的折射光线。∠AON为入射角，∠O′ON′为折射角。7．改变入射角，重复实验。五、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sinθ1和sinθ2。算出入射角不同时的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值。2．sinθ1sinθ2图像法改变入射角θ1，测出对应的折射角θ2，作sinθ1­sinθ2图像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知图像应为过原点的直线，如下图，其斜率为折射率。3．“单位圆法〞确定sinθ1、sinθ2，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′。如下图，sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，那么n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′)，只要测出EH、E′H′的长度就可以求出n。六、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。七、考前须知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5cm以上，假设宽度太小，那么测量误差较大。1．某同学利用“插针法〞测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行。正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如下图。(1)此玻璃的折射率计算式为n＝________(用图中的θ1、θ2表示)。(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________(填“大〞或“小〞)的玻璃砖来测量。解析：(1)据题图可知入射角为(90°－θ1)，折射角为(90°－θ2)，那么玻璃的折射率为n＝eq\f(sin90°－θ1,sin90°－θ2)＝eq\f(cosθ1,cosθ2)。(2)玻璃砖越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确。故应选用宽度大的玻璃砖来测量。答案：(1)eq\f(cosθ1,cosθ2)(2)大2.如下图，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(图中实线局部)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。(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________，那么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〞)。解析：(1)sinθ1＝eq\f(l1,BO)，sinθ2＝eq\f(l3,CO)，因此玻璃砖的折射率n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(\f(l1,BO),\f(l3,CO))＝eq\f(l1,l3)，因此只需测量l1和l3即可。(2)玻璃砖顺时针转过一个小角度，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＝eq\f(l1,l3)将偏大。答案：(1)l1和l3eq\f(l1,l3)(2)偏大3．如图甲所示，某同学在“测定玻璃的折射率〞的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′。O为直线AO与aa′的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。(1)该同学接下来要完成的必要步骤有________。A．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像B．插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像C．插上大头针P4，使P4仅挡住P3D．插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像(2)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的直线NN′，连接O、O′，测量图甲中角α和β的大小。那么玻璃砖的折射率n＝________。(3)如图乙、丙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽。假设其他操作正确，图乙折射率的测量值________准确值；图丙折射率的测量值________准确值(均填“大于〞“小于〞或“等于〞)。解析：(1)确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3能挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是使大头针P4能挡住P3和P1、P2的像，选项B、D正确。(2)根据折射定律，玻璃砖的折射率为n＝eq\f(sinβ,sinα)。(3)乙图中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽但仍平行，而其他操作正确，导致α角测量值偏大，而β角测量值准确，由于n＝eq\f(sinβ,sinα)，故折射率的测量值将偏小。同理，丙图中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽但仍平行，而其他操作正确，同样会导致α角测量值偏大，而β角测量值准确，由于n＝eq\f(sinβ,sinα)，故折射率的测量值将偏小。答案：(1)BD(2)eq\f(sinβ,sinα)(3)小于小于4．(2021·天津高考)某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。(1)以下哪些措施能够提高实验准确程度________。A．选用两光学外表间距大的玻璃砖B．选用两光学外表平行的玻璃砖C．选用粗的大头针完成实验D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如以下图所示，其中实验操作正确的选项是________。(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如下图，那么玻璃的折射率n＝______。(用图中线段的字母表示)解析：(1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学外表间距大的玻璃砖以及使插在玻璃砖同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准确程度，减小误差；两光学外表是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应选用细长的大头针，应选项A、D正确，B、C错误。(2)由题图可知，选用的玻璃砖两光学外表平行，那么入射光线与出射光线平行，B、C错误；由光线在空气中的入射角大于玻璃中的折射角，画图可知正确的图为D。(3)如下图，玻璃的折射率n＝