高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光及其应用2 实验：测定玻璃的折射率课文内容ppt课件

这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光及其应用2 实验：测定玻璃的折射率课文内容ppt课件，共35页。PPT课件主要包含了内容索引，实验探究新知导学，典例精讲释疑解惑，随堂练习，课标定位，素养阐释，2P431，答案不变偏大等内容，欢迎下载使用。

1.知道测定玻璃的折射率的原理、方法、步骤。2.掌握测定玻璃折射率数据处理的方法。3.能结合几何光路作图,分析实验中误差来源。
1.知道测定玻璃的折射率的原理、方法、步骤。知道实验误差产生的原因和减小误差的方法。形成正确物理观念。2.学会规范作图,会确定入射光线和折射光线,并会测定入射角和折射角。会计算折射率及折射率的平均值。形成科学思维与科学探究能力。
一、实验原理用插针法确定光路,找出与入射光线相应的出射光线,就能在玻璃砖中画出对应的折射光线,从而可以测出一组对应的入射角i和折射角r,根据折射定
二、实验器材截面为矩形的玻璃砖、白纸、木板、大头针(4枚)、图钉(3~4枚)、量角器、刻度尺或三角板、铅笔。
三、实验操作1.如图所示,先在白纸上画一条直线EE',代表两种介质的分界面;再画出一条直线段AB代表入射光线,然后画出分界面上的B点处的法线NN'。
2.把截面为矩形的玻璃砖放在白纸上,使它的一条长边与EE'对齐,用刻度尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边,按住刻度尺或三角板不动,将玻璃砖取下,画出直线FF'代表玻璃砖另一边。
3.在直线AB上竖直地插上两枚大头针G1、G2,放回玻璃砖,然后透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像,调整视线方向,直到G1的像被G2的像挡住。4.再在观察的这一侧先后竖直地插上两枚大头针G3、G4,用G3挡住G1、G2的像,再用G4挡住G3以及G1、G2的像。
5.移去大头针和玻璃砖,过G3、G4的插点画直线CD,与FF'相交于C点,直线CD就表示沿直线AB入射的光线透过玻璃砖后的出射光线。连接BC,BC就是折射光线在玻璃砖内的路径。6.用量角器量出入射角i和相应的折射角r,查出它们的正弦值。改变入射角i的数值,多次重复实验,例如入射角分别取15°、30°、45°、60°、75°等。
四、数据处理1.计算法:通过测量入射角和折射角,然后查数学用表,得出入射角和折射角的正弦值,再代入n= 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 i-sin r图像,由n= 可知,图像应为直线,如图(a)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(b)所示。
五、注意事项1.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.入射角i应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大。3.在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。4.在实验过程中,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5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。
六、误差分析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。2.入射角、折射角测量不精确。为减小测角时的相对误差,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。
【例题1】 在“测定玻璃的折射率”的实验中,在白纸上放好玻璃砖,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。(1)在插P3和P4时,应使　　　　(选填选项前的字母)。 A.P3只挡住P1的像B.P4只挡住P3C.P3同时挡住P1、P2的像D.P4挡住P3及P1、P2的像
(2)按(1)中的做法确定大头针P3和P4的位置,请将光路图补充完整,并在图中标出需要测量的量,则玻璃砖的折射率可表示为n=　　　　　　(用图中标出的测量量表示)。 
答案:(1)CD(2)见解析图(需要测量的量是图中i和r)
解析:(1)实验的过程中,要先在白纸上放好玻璃砖,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在玻璃砖另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在一侧相继插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,使P4挡住P3和P1、P2的像,故C、D正确。(2)光路图如图所示,根据折射定律可知需要测量入射角和折射角,即测量
课本上用截面为矩形的玻璃砖做实验,但并不是说,只能用截面为矩形的玻璃砖做实验,其实用截面为梯形、三角形、半圆形等形状的玻璃砖都可以,只要方法正确即可。
【例题2】 在“测定玻璃的折射率”的实验中,(1)小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸,白纸上有如图(a)所示的实验器材,他认为除了缺刻度尺还少了一种器材,请你写出所缺器材的名称:　　　　　。老师将器材配齐后,他进行实验,图(b)是他在操作过程中的一个状态,请你指出第四枚大头针应在图(b)中的位置　　　　(选填“A”“B”或“C”)。 (2)小红利用方格坐标纸测定玻璃的折射率,如图(c)所示,AO是画在纸上的直线,她在直线AO适当位置竖直插上P1、P2两枚大头针,放上半圆柱形玻璃砖,使其圆心与O重合,然后插上P3、P4两枚大头针,以确定折射光线。其中她确定P3大头针位置的方法应当是　　　　　　　　。操作完成后,她用圆规作了一个以O为圆心、半径与玻璃砖半径相同的半圆[如图(c)中虚线所示],则她测出玻璃的折射率n=　　　　。 
答案:(1)大头针　B(2)挡住P1P2的像　1.5
解析:(1)在实验桌上看到方木板上有一张白纸,白纸上有如图(a)所示的实验器材,还缺少刻度尺、大头针;依据光的折射定律,及玻璃砖上下表面平行,那么出射光线与入射光线相互平行,因此第四枚大头针应在图(b)中的位置B处,如图所示。
(2)透过玻璃砖看,P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像;
如图,作出法线,过圆与入射光线和折射光线的交点作法线的垂线CA和DB,由数学知识得入射角和折射角的正弦值分别为
【例题3】 学校开展研究性学习,某研究小组的同学根据所学的光学知识,设计了一个测量液体折射率的仪器,如图所示。在一圆盘上,过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF,在半径OA上,垂直盘面插下两枚大头针P1、P2,并保持P1、P2位置不变。每次测量时让圆盘的下半部分竖直浸入液体中,而且总使得液面与直径BC相平,EF作为界面的法线。而后在图中右上方区域观察P2、P1的像,并在圆周上插上大头针P3,使P3正好挡住P1、P2。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,则:(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　　　　处所对应的折射率大。 (3)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率值应为　　　　。 
(2)图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角,所以P4对应的折射率大。(3)因A、O、K在一条直线上,入射角等于折射角,所以K处对应的折射率为1。
在“测定玻璃的折射率”实验中,也可以用三棱镜、半圆柱形玻璃砖等进行测量。实验中只要利用“插针法”定出入射光线和出射光线,其与界面的交点就是入射点和出射点,连接入射点和出射点就能作出折射光线,一样可以测出折射率。光路图如图所示。
1.(实验数据处理)甲、乙两同学用插针法做“测定玻璃的折射率”的实验中,分别得到如图所示(a)(b)两种实验记录。在(a)中,已画好玻璃砖两界面直线aa'和bb'后,不小心将玻璃砖稍稍向上平移了,如(a)图中虚线所示。若之后的其他操作无误,则测得的折射率n　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。在(b)中,玻璃砖上界面直线aa'正确,而画的表示下界面的bb'稍稍向上平移了,如(b)图中虚线所示。若之后的其他操作无误,则测得的折射率n将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 
2.(实验原理与操作)做“测定玻璃的折射率”的实验时,先在白纸上放玻璃砖,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在玻璃砖的另一侧观察,该同学接下来要完成必要步骤,并在纸上标出的大头针位置和玻璃砖轮廓如图所示。(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的像和P2的像C.插上大头针P4,使P4仅挡住P3的像D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像
(2)在图中画出所需的光路。(3)计算折射率的公式是n=　　　　。 (4)该同学在实验中将玻璃砖界面AB、CD间距画得过宽。若其他操作正确,则折射率的测量值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)准确值。 
答案:(1)BD(2)图见解析
解析:(1)由于P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,故通过P1、P2的光线折射后通过P3、P4,故B、D正确,A、C错误。(2)作出光路图,如图所示。
(4)作出实际的光路图如图实线所示,作出作图时的光路图如图虚线所示。
该同学在实验中将玻璃砖界面AB、CD间距画得过宽,若其他操作正确,可知,折射角的测量值将偏大,入射角没有误差,所以根据折射定律n= ,可知测得的折射率将偏小,即测量得到的折射率小于真实值。
3.(实验数据处理)某同学利用“插针法”测定平行玻璃砖的折射率,在坐标纸上记录的情况如图所示,虚线为以入射点O为圆心作出的圆,由此计算出玻璃砖的折射率为　　　　,光在玻璃中的传播速度为　　　　 m/s。(光在真空中的传播速度为c=3.0×108 m/s,结果均保留两位有效数字) 
答案:1.5　2.0×108