人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案3：實(shí)驗(yàn)：測(cè)量玻璃的折射率

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊(cè)PAGEPAGE1實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率1．實(shí)驗(yàn)原理如圖所示，abcd為一個(gè)兩面平行的玻璃磚，入射角為θ1，折射角為θ2，根據(jù)n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)計(jì)算出玻璃的折射率．2．實(shí)驗(yàn)器材白紙，圖釘，大頭針，直尺，鉛筆，量角器，平木板，長(zhǎng)方形玻璃磚．3．實(shí)驗(yàn)步驟(1)在白紙上畫出一條直線aa′作為界面，過(guò)aa′上的一點(diǎn)O1畫出界面的法線NN′，并畫一條線段AO1作為入射光線，如圖所示．(2)把長(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上，使它的一個(gè)長(zhǎng)邊與aa′對(duì)齊．用直尺或三角板輕靠在玻璃磚的另一長(zhǎng)邊，按住直尺或三角板不動(dòng)．將玻璃磚取下,畫出直線bb′代表玻璃磚的另一邊．(3)在直線AO1上豎直插上兩枚大頭針P1、P2,透過(guò)玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線方向,直到P2擋住P1的像．再在觀察的這一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P3以及P1、P2的像,記下P3、P4的位置．過(guò)P3、P4作一條線段交bb′于O2.(4)連接O1O2，直線O1O2就代表了沿AO1方向入射的光線在玻璃磚中的傳播路徑，入射角θ1＝∠AO1N，折射角θ2＝∠O2O1N′.4．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)所用玻璃磚要盡可能厚．(2)盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1與P2之間、P3與P4之間距離要稍大一些．(3)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚與白紙的位置都不能改變．(4)操作時(shí)不能用手觸摸玻璃磚光潔的光學(xué)面，更不能用玻璃磚代替直尺畫線，以免劃傷玻璃磚表面．(5)實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角不能太小(接近零度)，否則會(huì)使測(cè)量誤差增大；也不能太大(接近90°)，否則不易觀察到P1、P2的像．5．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(1)平均值法計(jì)算出入射角不同時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦的比值eq\f(sinθ1,sinθ2)，最后求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測(cè)eq\f(sinθ1,sinθ2)的平均值，即為玻璃磚的折射率．(2)圖像法根據(jù)n＝eq\f(sinθ1,sinθ2),有sinθ2＝eq\f(1,n)sinθ1.在多次改變?nèi)肷浣?、測(cè)量相對(duì)應(yīng)的入射角和折射角并計(jì)算正弦值的基礎(chǔ)上,以sinθ1的值為橫坐標(biāo),sinθ2的值為縱坐標(biāo),建立直角坐標(biāo)系,如圖所示.描點(diǎn)畫線得到一條過(guò)原點(diǎn)的直線,求解圖線的斜率,設(shè)斜率為k,則k＝eq\f(1,n),故玻璃磚折射率n＝eq\f(1,k).6．實(shí)驗(yàn)誤差分析(1)誤差來(lái)源本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來(lái)源是測(cè)量光在玻璃中的折射角θ2的誤差．(2)減小誤差的方法①選用寬度較大的玻璃磚，玻璃磚寬度宜在5cm以上，若寬度太小則測(cè)量誤差較大．②入射角宜在15°～75°范圍內(nèi)取值．③在紙上畫aa′、bb′兩條線時(shí)，應(yīng)盡量準(zhǔn)確地與玻璃磚的兩個(gè)平行的折射面重合，這樣，兩交點(diǎn)O1、O2才能與光線的實(shí)際入射點(diǎn)較好地相符，否則將使畫出的玻璃中的光路與實(shí)際情況偏離嚴(yán)重．點(diǎn)撥：插針的作用是找出玻璃磚內(nèi)的光路，其關(guān)鍵是確定入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，而入射點(diǎn)和出射點(diǎn)是利用插針后確定的直線與界面相交而得到的，故實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是插準(zhǔn)大頭針，畫準(zhǔn)玻璃磚邊界線，而與所選玻璃磚兩邊是否平行無(wú)關(guān)．如用半圓形、圓形或三角形玻璃磚，均可測(cè)出其折射率，光路如圖所示．n＝eq\f(sini,sinr)n＝eq\f(sini,sinr)n＝eq\f(sini,sinr)(a)(b)(c)〖典例精析〗例1用圓弧狀玻璃磚做測(cè)量玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P1、P2，然后在玻璃磚的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3和P4，使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3以及P1和P2的像，在紙上標(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓，如圖甲所示，其中O為兩圓弧所在圓的圓心，圖中已畫出經(jīng)過(guò)P1、P2點(diǎn)的入射光線．(1)在圖上補(bǔ)畫出完整的光路．(2)為了測(cè)出玻璃磚的折射率，需要測(cè)量入射角i和折射角r，請(qǐng)?jiān)趫D中的AB分界面上畫出這兩個(gè)角．(3)多次改變?nèi)肷浣牵瑴y(cè)得幾組入射角和折射角，根據(jù)測(cè)得的入射角i和折射角r的正弦值，畫出了如圖乙所示的圖像，由圖像可知該玻璃的折射率n＝________.甲乙例2．(多選)某同學(xué)用“插針?lè)ā弊鰷y(cè)量玻璃折射率實(shí)驗(yàn)時(shí)，他的方法和操作步驟都正確無(wú)誤，但他處理實(shí)驗(yàn)記錄時(shí)，發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個(gè)光學(xué)面aa′和bb′不平行，如圖所示，則()A．AO與O′B兩條直線平行 B．AO與O′B兩條直線不平行C．他測(cè)出的折射率偏大 D．他測(cè)出的折射率不受影響例3．在利用插針?lè)y(cè)量玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中：(1)甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個(gè)界面aa′和bb′后，不小心碰了玻璃磚使它向aa′方向平移了少許，如圖所示．則他測(cè)出的折射率將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)．(2)乙同學(xué)在畫界面時(shí)，不小心將兩界面aa′、bb′間距畫得比玻璃寬度大些，如圖所示，則他測(cè)得的折射率將______(選填“偏大”“偏小”或“不變”)．

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁例1．〖答案〗(1)見(jiàn)〖解析〗圖(2)見(jiàn)〖解析〗圖(3)1.5〖解析〗插針?lè)ǖ哪康脑谟诖_定光路，由四個(gè)針的位置可以分別確定進(jìn)入玻璃磚前和射出玻璃磚后的光路，從而確定光線進(jìn)入和射出玻璃磚的位置，并畫出玻璃磚中的光路．(1)P3、P4的連線與CD的交點(diǎn)即為光線從玻璃磚中射出的位置，P1、P2的連線與AB的交點(diǎn)即為光線進(jìn)入玻璃磚的位置，連接這兩點(diǎn)即可作出玻璃磚中的光路，如圖所示．(2)連接O點(diǎn)與光線在AB上的入射點(diǎn)所得直線即為法線，作出入射角和折射角如圖中i、r所示．(3)圖乙中圖線的斜率k＝eq\f(sini,sinr)＝n，由圖乙可知斜率為1.5，即該玻璃磚的折射率為1.5.例3．〖答案〗BD〖解析〗光線由aa′進(jìn)入玻璃磚時(shí)，由折射定律得n＝eq\f(sinα,sinβ).光線從bb′射出玻璃磚時(shí)，由折射定律得n＝eq\f(sini,sinr)，若aa′∥bb′，則β＝r，進(jìn)而α＝i，出射光線O′B與入射光線AO平行；若aa′與bb′不平行，則有β≠r，進(jìn)而α≠i，出射光線O′B與入射光線AO不平行，故選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；用“插針?lè)ā睖y(cè)玻璃折射率時(shí)，只要實(shí)驗(yàn)方法正確，光路準(zhǔn)確無(wú)誤，結(jié)論必定正確，它不受玻璃的形狀影響，故選項(xiàng)D正確，C錯(cuò)誤．例3．〖解析〗(1)如圖所示，甲