人教版高中物理选择性必修第一册第4章光实验测量玻璃的折射率课件

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第四章实验:测量玻璃的折射率基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引 学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、实验目的测玻璃砖的折射率。二、实验思路　　 　插两针(两点)确定一直线(光线)用“插针法”确定入射光线和相应的出射光线,就能在玻璃砖中画出对应的折射光线,用量角器测出入射角θ1和折射角θ2,根据折射定律　　　 入射角适当大一些但不宜过大计算出玻璃的折射率三、实验器材两面平行的玻璃砖,大头针,白纸,刻度尺或三角板,量角器,图钉等。四、实验步骤1.如图所示,将白纸用图钉钉在平木板上。2.在白纸上画出一条直线aa'作为界面(线),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,使它的长边跟aa'对齐,画出玻璃砖的另一边bb'。4.在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线方向直到P2的像挡住P1的像,再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置。 保证入射光线和折射光线的对应性5.移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线O'B与bb'交于O',直线O'B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。6.连接OO',入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON',用量角器量出入射角和折射角。7.改变入射角重复实验。五、数据处理1.计算法:通过测量入射角和折射角,得出入射角和折射角的正弦值,再代入 中求多次不同入射角时n的值,然后取其平均值,即为玻璃砖的折射率。2.图像法:求出多组对应的入射角与折射角的正弦值,作出sin θ1-sin θ2图像,由 可知图像应为直线,如图所示,其斜率为折射率。3.单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用画单位圆法。 (1)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',如图所示。六、实验误差1.入射光线和出射光线画得不够精确。因此,要求插大头针时两大头针间距应稍大些。2.入射角、折射角测量不精确。减小测角时的相对误差的方法:①入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大时,反射光较强,折射光会相对较弱;②玻璃砖的宽度宜选5 cm以上的。易错辨析(1)在做用插针法测量玻璃的折射率的实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。(　　)(2)用插针法测量玻璃的折射率实验中,入射角θ1大一些可以减小测量角度的误差,故θ1越大越好。(　　)(3)用插针法测量玻璃的折射率实验中,操作时,手不能触摸玻璃砖的光学面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。(　　)(4)用插针法测量玻璃的折射率实验中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。(　　)(5)用插针法测量玻璃的折射率实验中,玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上。若宽度太小,则测量误差较大。(　　)√ ×θ1大一些可以减小测量角的误差,但θ1过大折射光线强度变弱,不便于观察。√ √ √ 重难探究·能力素养全提升探究点一　实验数据处理方法【例1】 如图所示,某同学在测定玻璃的折射率实验中,先将方格纸平铺在木板上并用图钉固定,玻璃砖平放在方格纸上,然后在方格纸上确定玻璃砖的界面aa'和bb',画上一条角度合适的直线MO,在直线MO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是　　　　　; 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的像和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)通过光路图求此玻璃砖的折射率n。(结果保留两位有效数字)。答案 (1)BD　(2)1.4 解析 (1)确定大头针P3的位置的方法是大头针P3能挡住P1、P2的像,确定大头针P4的位置的方法是大头针P4能挡住P3和P1、P2的像。故选B、D。探究点二　实验误差的分析【例2】 在利用插针法测量玻璃折射率的实验中:(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa'和bb'后,不小心碰了玻璃砖使它向aa'方向平移了少许,如图甲所示。则他测出的折射率将　　　　　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”); (2)乙同学在画界面时,不小心将两界面aa'、bb'间距画得比玻璃砖宽度大些,如图乙所示,则他测得的折射率　　　　　　　　(选填 “偏大”“偏小”或“不变”)。答案 (1)不变　(2)偏小解析 (1)如图甲所示,入射点为入射光线与aa'直线的交点,出射点为出射光线与bb'直线的交点,两交点的连线为折射光线,由图甲可知,测得的入射角、折射角与真实的入射角、折射角相等,因此测得的折射率将不变。(2)如图乙所示,乙同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,测得的入射角不受影响,但测得的折射角比真实的折射角偏大,因此测得的折射率偏小。方法技巧　解决此类误差问题的思路(1)画出正确操作和因操作不当的光路图。(2)分析入射角、折射角相对于真实角的变化情况。(3)根据 分析折射率的变化情况。探究点三　实验方案的创新【例3】 (2023山东烟台期末)某实验小组的同学用直角三棱镜做“测定玻璃折射率”的实验。他们先在白纸上画出三棱镜的轮廓,然后放好三棱镜,在垂直于AB的方向上插上两枚大头针P1和P2,在棱镜的左侧观察,当P1的像恰好被P2的像挡住时,插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像。移去三棱镜和大头针,大头针在纸上的位置如图所示。(1)将图中的光路图补充完整;(2)根据图中所给数据,可得该玻璃的折射率n=　　　　　　　　。 答案 (1)见解析　(2)解析 (1)光路图如图甲所示甲 (2)根据几何关系可知光线在AC面的入射角为30°,根据折射定律可得学以致用·随堂检测全达标121.(多选)在做测量玻璃砖的折射率的实验时,下列关于实验要求的叙述正确的是(　　)A.玻璃砖的宽度宜大些B.大头针应垂直地插在纸面上C.每边的两个大头针的距离近些容易观察D.在插P4时,只要挡住P3的光线就行,与P1、P2无关AB 解析 玻璃砖宽度大些,入射光、出射光与界面的交点偏移距离大,便于画图和测量。大头针垂直插在纸上可减少误差,每边的两个大头针的距离过近,测量误差较大,在插P4时要挡住P3和P1、P2的像,与P1、P2有关。故A、B项正确。122.某同学由于没有量角器,他在完成了光路图后,以O点为圆心,10 cm为半径画圆,分别交线段OA于A点,交线段OO'的延长线于C点,过A点作法线NN'的垂线AB交NN'于B点,过C点作法线NN'的垂线CD交NN'于D点,如图所示。用刻度尺量得OB=8 cm,CD=4 cm,由此可得出玻璃的折射率n=　　　　　　　　。 12答案 1.5