高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第二节 测定介质的折射率教课ppt课件

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1.会用插针法确定入射光线、折射光线.(科学探究)2.会用公式法、图像法(sin i-sin γ图像)求折射率.(科学探究)3.会控制实验误差.(科学探究)
1.实验目的掌握测定介质折射率的方法;加深对折射定律的理解.2.实验原理用插针法确定光路,找出跟入射光线相对应的折射光线,用量角器测入射角i和折射角γ,根据折射定律计算出介质的折射率
3.实验器材介质(玻璃砖)、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、三角板(或直尺)、铅笔等.
4.实验步骤(1)如图所示,把白纸用图钉钉在木板上.在白纸上画一条直线aa'作为玻璃砖的上界面,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'.
(2)把长方形的玻璃砖放在白纸上,使它的一个长边跟aa'严格对齐,并画出玻璃砖的另一个长边bb'.
(3)在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2.(4)眼睛在另一侧透过玻璃砖看两枚大头针,使P2把P1挡住,在眼睛这侧沿视线方向插上大头针P3,使它把P1、P2的像挡住.(5)用同样的方法再插上大头针P4,使P4能同时挡住P3和P1、P2的像.记下P3、P4的位置,移去玻璃砖和大头针.过P3、P4作直线O'B与bb'交于O'点,连接O、O'两点,OO'就是入射光AO在玻璃砖内的折射光线的方向.入射角i=∠AON,折射角γ=∠O'ON'.(6)用量角器量出入射角i和折射角γ.从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值,记录在自己设计的表格里.
(7)用上面的方法分别测出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角.查出入射角和折射角的正弦值,把这些数据也记录在上述的表格里.
5.注意事项(1)玻璃砖必须与直线aa'严格对齐,才能准确地确定法线,准确地画出入射角和折射角.(2)实验时,尽可能将大头针竖直地插在纸上,且P1和P2之间、P2和O之间、P3和P4之间、P3和O'之间的距离要稍大一些.重合的时候要看玻璃砖里面的像,而不是看玻璃砖上面的大头针的头部.(3)入射角i应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角也不宜过大;在操作时,手不能触摸玻璃砖光洁的光学面,更不能用玻璃砖的界面代替直尺画线.(4)在实验的过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变.
6.数据处理(1)平均值法
角并计算正弦值的基础上,以sin γ的值为横坐标,sin i的值为纵坐标,建立直角坐标系,如图所示.描点画线得到一条过原点的直线,求解图线的斜率,设斜率为k,则k=n,故玻璃砖折射率n=k.
7.误差分析(1)选用宽度较大的玻璃砖,玻璃砖宽度宜在5 cm 以上,若宽度太小则测量误差较大.(2)入射角宜在15°~75°范围内取值.(3)玻璃砖的两个折射面应尽量与aa'、bb'重合,否则将可能使画出的玻璃中的光路与实际情况偏离严重.
正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因.(1)选用两光学表面间距较大的玻璃砖.(　　)答案 √(2)必须选用两光学表面平行的玻璃砖.(　　)答案 ×解析 光学表面是否平行不影响该实验的准确度.
(3)选用粗的大头针完成实验.(　　)答案 ×解析 应选用细一点的大头针.(4)插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些.(　　)答案 √(5)实验时,入射角不宜太大,也不宜太小.(　　)答案 √
例1(2021山东烟台高二期末)某实验小组做用插针法测定玻璃折射率的实验.(1)在白纸上放好平行玻璃砖,aa'和bb'分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图所示.在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,用“•”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插上大头针P3和P4,在插P3时,应使P3　　　　　,在插P4时,应使P4　　　　　; 
(2)该小组完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下列选项所示,其中正确的是　　　　　; 
(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,如图所示,则玻璃的折射率n=　　　　　(用图中线段的字母表示). 
答案 (1)挡住P1、P2的像　挡住P3以及P1、P2的像　(2)D　
解析 (1)在插P3时,应使P3挡住P1、P2的像,在插P4时,应使P4挡住P3以及P1、P2的像;(2)光线经过玻璃砖后出射光线和入射光线是平行的,且错开一定的距离,即D正确;
规律方法单位圆法测折射率
在找到入射光线和折射光线以后,以入射点O为圆心,以任意长为半径画圆,分别与AO交于C点,与OO'(或OO'的延长线)交于D点,过C、D两点分别向NN'作垂线,交NN'于C'、D',量出CC'和DD'的长,如图所示.
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.
规律方法解决此类误差问题的思路:(1)画出操作正确和操作不当的光路图.(2)分析入射角、折射角相对于真实角的变化情况.(3)根据n= 分析折射率的变化情况.
例3某同学设计了一个测量液体折射率的仪器,如图所示.在一个圆形木盘上过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF,在半径OA上垂直圆盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2的位置不变,每次测量时,让圆盘的BFC部分竖直浸入液体中,而且使液面与直径BC相平,EF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.
(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、P4两位置哪一处所对应的折射率值大?　　　　. (3)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率的值应为　　　　. 
解析 (1)根据光路可逆原理,此时OP3与OE之间的夹角为入射角,
(2)P4对应的入射角大,折射角相同,所以对应的折射率大.(3)当在K位置时,入射角与折射角相等,所以折射率等于1.
1.(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
答案 AB解析 玻璃砖宽大些,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.
2.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=　　　　　　　　. 
3.用三棱镜做测量玻璃的折射率的实验,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在棱镜的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,在纸上标出的大头针的位置和三棱镜轮廓如图所示.
(1)在本题的图上画出所需的光路.(2)为了测出棱镜玻璃的折射率,需要测量的量是　　　　　　　　　　　　　　　　,在图上标出它们. (3)计算折射率的公式是n=　　　　　　　　. 
解析 (1)光路图如图所示,画出通过P1、P2的入射光线,交AC面于O,画出通过P3、P4的出射光线交AB面于O',连接O、O',则光线OO'就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线.(2)在所画的图上注明入射角i和折射角γ,并画出虚线部分,用量角器量出i和γ(或用直尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度).