高中物理選修3-4第十三章第54講 實驗、探究：測定玻璃的折射率

1、第54講實驗、探究：測定玻璃的折射率考情 剖析(注：考綱要求及變化中代表了解和認識，代表理解和應(yīng)用；命題難度中的A代表容易，B代表中等，C代表難)考查內(nèi)容考綱要求及變化考查年份考查形式考查詳情考試層級命題難度測定玻璃的折射率(實驗、探究)12年填空考查“測定玻璃的折射率”的實驗原理及數(shù)據(jù)處理次重點B小結(jié)及預(yù)測1.小結(jié)：測定玻璃的折射率實驗以填空題的形式進行考查，考查實驗原理及數(shù)據(jù)處理2預(yù)測：僅在12年考查過，但仍然不能排除14年仍會考查的可能性3復(fù)習(xí)建議：建議復(fù)習(xí)時全面理解光的折射及反射定律和了解此實驗的實驗原理、實驗內(nèi)容、注意事項以及誤差分析等. 知識 整合實驗?zāi)康?理解用插針法測定玻璃折射

2、率的原理；2學(xué)會測定玻璃的折射率的實驗方法實驗器材玻璃磚、白紙、木板、大頭針(四枚)、圖釘(四枚)、量角器、三角板(或直尺)、鉛筆實驗原理用插針法確定光路，找出跟_線相對應(yīng)的_線；用量角器測出入射角i和折射角r；根據(jù)折射定律計算出玻璃的折射率n實驗步驟1把白紙用圖釘釘在木板上；2在白紙上畫一條直線aa作為界面，畫一條線段AO作為_光線，并過O點畫出界面aa的法線NN，如圖所示；3把長方形的玻璃磚放在白紙上，使它的一個邊跟aa對齊，并畫出玻璃磚的另一個邊bb；4在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1和P2；5在玻璃磚的bb一側(cè)豎直地插上大頭針P3，用眼睛觀察，調(diào)整視線，要使P3能同時擋住_和_的像

3、；6同樣地在玻璃磚的bb一側(cè)再豎直地插上大頭針P4，使P4能擋住P3_和P1和P2的像；7記下P3和P4的位置，移去玻璃磚和大頭針，過P3和P4作直線OB與bb交于O，連接OO，OO就是玻璃磚內(nèi)的_光線，入射角iNOA，折射角rOON；8用量角器量出入射角和折射角的度數(shù)；9從三角函數(shù)表中查出入射角和折射角的正弦值，記入自己設(shè)計的表格里；10用上面的方法分別求出入射角是30°、45°、60°時的折射角，查出入射角iNOA和折射角rOON的正弦值；11算出不同入射角時的值比較一下，看它們是否接近一個常數(shù)，求出幾次實驗中所測的平均值，這就是玻璃磚的折射率數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理

4、的另一種方法：如圖所示，以O(shè)1為圓心以任意長為半徑(半徑要盡可能長些約10cm)畫圓交入射光線AO1于M點、交折射光線O1O于P點，過M、 P作NN的垂線MK、 PQ，則n_，據(jù)此可知，用刻度尺測出MK、 QP的長度，即可求出折射率n.誤差分析誤差的主要來源：1確定入射光線、出射光線時的誤差故入射側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針間距離宜_點；2測量入射角與折射角時的誤差故入射角不宜過_，但入射角也不宜過大，過大則反射光較強，出射光較弱注意事項1玻璃磚要厚，用手拿玻璃磚時，只能接觸玻璃毛面或棱，嚴禁用玻璃磚當(dāng)尺子畫界面；2入射角應(yīng)在30°到60°之間；3大頭針要豎直插在白紙上，且玻璃

5、磚每一側(cè)兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)盡量_一些，以減小確定光路方向時造成的誤差；4玻璃磚的折射面要畫準；5由于要多次改變?nèi)肷浣侵貜?fù)實驗，所以入射光線與出射光線要一一對應(yīng)編號以免混亂1用刻度尺或量角器測量長度或角度計算折射率n.2誤差分析時注意主要誤差來源，針對實際問題進行分析3注意事項注意文字表述，一定要準確精煉【典型例題】 “測定玻璃的折射率”實驗中，在玻璃磚的一側(cè)豎直插兩個大頭針A、B，在另一側(cè)再豎直插兩個大頭針C、D.在插入第四個大頭針D時，要使它_題圖是在白紙上留下的實驗痕跡，其中直線a、a是描在紙上的玻璃磚的兩個邊根據(jù)該圖可算得玻璃的折射率n_.(計算結(jié)果保留兩位有效

6、數(shù)字)溫馨提示解此題時，應(yīng)熟悉實驗步驟，會利用公式計算折射率記錄空間【變式訓(xùn)練1】某同學(xué)用插針法測量平行玻璃磚的折射率n，作出光路如圖所示，過C點作法線交玻璃磚于A點和C點，過O點延長入射光線交AC于B點(1)設(shè)OA的長度為l1，OB的長度為l2，OC的長度為l3，AB的長度為l4，AC的長度為l5，為方便地測量出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量的至少有_(選填l1、l2、l3、l4、l5)，則計算玻璃磚折射率的表達式為n_.(2)為減少測量時帶來的實驗誤差，入射角應(yīng)適當(dāng)_(選填“大”或“小”)一些【變式訓(xùn)練2】在做“測定玻璃的折射率”的實驗時(1)某同學(xué)在紙上正確畫出玻璃的兩個界面ab和cd時

7、不慎碰了玻璃磚，使它向上平移了一些，如圖所示，其后的操作都正確在畫光路圖時，將入射點和出射點分別確定在ab、 cd上，則測出的折射率n將如何變化；(2)某同學(xué)為了避免筆尖接觸玻璃面，畫出的ab和cd都比實際側(cè)面向外側(cè)平移了一些，如圖甲所示，其后的操作都正確但在畫光路圖時，將入射點、出射點分別確定在ab、 cd上，則測出的折射率n將如何變化；甲乙(3)某同學(xué)在畫界面時，不小心將兩個界面ab、 cd間距畫得比玻璃磚寬度大些，如圖乙所示，則測出的折射率n將如何變化 隨堂 演練1如圖用插針法測定玻璃折射率的實驗中，以下各說法中正確的是()第1題圖 AP1、 P2及P3、 P4之間的距離適當(dāng)大些，可以提

8、高準確度 BP1、 P2及P3、 P4之間的距離取得小些，可以提高準確度 C入射角1適當(dāng)大些，可以提高準確度 D入射角太大，折射光線會在玻璃磚的內(nèi)表面發(fā)生全反射，使實驗無法進行2某同學(xué)做“測定玻璃的折射率”實驗時，由于沒有量角器，在完成光路圖后，以O(shè)為圓心畫圓，分別交入射光線于A點，交OO連線延長線于C點分別過A點、C點作法線NN的垂線AB、CD交NN于B點、D點，用刻度尺量得AB6 cm，CD4 cm，玻璃的折射率為_第2題圖3在做“測定玻璃磚折射率”的實驗時，乙同學(xué)為了避免筆尖接觸玻璃面，畫出的ab和cd都比實際側(cè)面向外側(cè)平移了一些，如圖所示，以后的操作都正確，畫光路圖時，將入射點和折射點

9、確定在ab和cd上，則測出的折射率將_第3題圖4在測定玻璃的折射率實驗中，操作步驟如下：(1)先在白紙上畫出一條直線aa代表兩種介質(zhì)的界面，過aa上的O點畫出界面的法線NN，并畫一條線段AO作為入射光線(2)把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟aa對齊(3)在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、 P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、 P2的像調(diào)整視線方向，直到P1的像被P2擋住，再在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、 P4，使P3擋住P1、 P2，P4擋住P1、 P2、 P3，記下P3、 P4的位置(4)移去大頭針和玻璃磚，連接P1、 P2作為入射光線，連接P3、 P4作為折射光線，測量出入射角i與

10、折射角r，填入表格中上述操作步驟中存在嚴重的缺漏，應(yīng)做的補充是_.5一塊玻璃磚有兩個相互平行的表面，其中一個表面是鍍銀的(光線不能通過此表面)現(xiàn)要測定此玻璃的折射率給定的器材還有：白紙、鉛筆、大頭針4枚(P1、P2、P3、P4)、帶有刻度的直角三角板、量角器實驗時，先將玻璃磚放到白紙上，使上述兩個相互平行的表面與紙面垂直在紙上畫出直線aa和bb，aa表示鍍銀的玻璃表面，bb表示另一表面，然后，在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2，如圖所示，用P1、P2的連線表示入射光線第5題圖(1)為了測量折射率，應(yīng)如何正確用大頭針P3、P4，試在題圖中標(biāo)出P3、P4的位置；(2)然后，移去玻璃磚與大頭針試在

11、題圖中通過作圖的方法標(biāo)出光線從空氣到玻璃中的入射角1與折射角2.簡要寫出作圖步驟(3)寫出用1、2表示的折射率公式為n_.第54講實驗、探究：測定玻璃的折射率知識整合基礎(chǔ)自測實驗原理： 入射折射實驗步驟： 2.入射5.P1P26.本身7.折射數(shù)據(jù)處理：誤差分析： 1.大2.小注意事項： 3.大重點闡述【典型例題】 “測定玻璃的折射率”實驗中，在玻璃磚的一側(cè)豎直插兩個大頭針A、B，在另一側(cè)再豎直插兩個大頭針C、D.在插入第四個大頭針D時，要使它_題圖是在白紙上留下的實驗痕跡，其中直線a、a是描在紙上的玻璃磚的兩個邊根據(jù)該圖可算得玻璃的折射率n_.(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)【答案】擋住C及A、B

12、的像1.8(1.61.9)【解析】 在插入第三個大頭針C時，要使它擋住A、B的像；在插入第四個大頭針D時，要使它擋住C及A、B的像，玻璃折射率n1.8.變式訓(xùn)練1(1)l2、l3(2)大【解析】 (1)如圖所示，根據(jù)折射定律和幾何關(guān)系可得n；(2)入射角適當(dāng)大些可減小測量誤差變式訓(xùn)練2(1)不變(2)偏小(3)偏小【解析】(1)作出光路圖，如圖，可以看出光線入射角相同，折射角不變，此時玻璃磚的平移對測量結(jié)果沒有影響，故測得的折射率n不變(2)作出光路圖，如圖甲，可以看出，使入射點向左移，出射點向右移，所畫出的折射角r比實際折射角r偏大，根據(jù)n知，測得的折射率偏小甲乙(3)如圖乙所示，可看出測得

13、的入射角不受影響，但測得的折射角比真實的折射角偏大，因此測得的折射率偏小隨堂演練1.AC【解析】 P1、P2、P3、P4之間的距離適當(dāng)大些，可減少測量誤差，提高精確度，A正確入射角1適當(dāng)大些，也可減小誤差，提高精確度，C正確當(dāng)玻璃磚前后兩表面平行時，P1P2與P3P4也平行，光線不可能發(fā)生全反射，D錯2.1.5【解析】 O所在玻璃面為界面，設(shè)入射角為1，折射角為2.由幾何關(guān)系得：sin1，sin2其中OAOC，由以上關(guān)系得n，代入數(shù)據(jù)得：n1.5.3.偏小【解析】 根據(jù)題中的情況，做出相應(yīng)光路圖，如圖所示，從圖中可看出在該同學(xué)的操作下，使入射點O1向左平移，折射點O2將向右移，所畫出的折射角r比實際折第3題圖射角r偏大，而入射角又不變，由n知，測得的折射角將偏小4.見解析【解析】步驟(2)中應(yīng)在白紙上畫出玻璃磚的另一邊bb；步驟(4)中應(yīng)通過P3、P4的連線與bb的交點，作出玻璃磚中的折射光線第5題圖5(1)如圖所示(2)見解析(3)【解析】 (1)在bb一側(cè)觀察P