第四章　光 　章末复习与专题 课件（3份打包）-高中物理选择性必修1（人教版2019）

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第四章专题：测量玻璃的折射率如图为几种介质的折射率，我们发现不同介质对光的折射能力不同。玻璃是生活中随处可见的一种透明介质，光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射，我们应该如何测量玻璃的折射率？ 二、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(3～4枚)、量角器、直尺、铅笔.三、实验步骤1.把白纸用图钉钉在木板上.2.用直尺画一条平行于玻璃砖一个面的一条直线aa′作为界面，过aa′上一点O作垂直于aa′的直线NN′作为法线，过O点画一条入射光线AO，使入射角θ1适当大些，如图所示.3.在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa′重合.4.沿玻璃砖的另一侧面用直尺画一条直线bb′.P1、P2间距适当大一些，不要靠的太近。5.在玻璃砖bb′一侧白纸上竖直地立一枚大头针P3，调整视线，同时移动大头针P3的位置，当P3恰好能同时挡住玻璃砖aa′一侧所插的大头针P1、P2的像时，把大头针P3插好.6.在玻璃砖bb′一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住P3，同时也能挡住P1、P2的像.P3、P4间距同样适当大一些7.记下P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4连一条直线BO′交bb′于O′点，连接OO′，OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为θ2.8.用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小.9.改变入射角θ1，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角.四、数据分析1.计算法：通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的正弦值，再代入n＝ 中求出多个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n＝ 可知图像应为一条过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率.3.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′，分别交NN′于点H、H′，如图所示.五、注意事项1.所用玻璃砖要适当厚一些.2.实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动.3.不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用.4.大头钉应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2、P3与P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差.5.实验中入射角不宜过小或过大，否则会使测量误差增大.六、实验误差分析1.误差来源本实验误差的主要来源是测量光在玻璃中的折射角θ2的误差．2.减小误差的方法(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．(3)在纸上画aa′，bb′两条线时，应尽量准确地与玻璃砖的两个平行的折射面重合，这样，两交点O、O′才能与光线的实际入射点和出射点较好地相符，否则将使画出的玻璃中的光路与实际情况偏离．圆形刻度盘下方有一半圆形玻璃砖，红色激光器对准玻璃砖与空气分界面的圆心处，改变入射角度，同时记录几组对应的入射角与折射角。进行数据处理。也可以求出玻璃砖的折射率。创新方案：使用激光器测量折射率1.(2022·北京顺义高二期末)如图所示，在“测量玻璃的折射率”实验中，下列说法正确的是A.为了提高实验的准确度，必须选用两光学表面　平行的玻璃砖B.判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头　针的头部C.大头针P1与P2、P3与P4的间距适当远一些，可以减小实验误差D.在白纸上放好玻璃砖后，首先要用铅笔贴着玻璃砖的光学面画出边界√光学表面是否平行不影响该实验的准确度，A错误；判断像与针是否在同一直线时，应观察大头针的整个部分，不能只观察大头针的头部，B错误；大头针P1与P2、P3与P4的间距适当远一些，可以减小实验误差，C正确；用铅笔贴着玻璃砖的光学面画出边界可能会损坏光学面，D错误.2.如图所示，当光线AO以一定入射角穿过一块两面平行的玻璃砖时，通过“插针法”找出与入射光线AO对应的出射光线O′B，从而确定折射光线OO′.(1)如图甲所示，用量角器量出入射角i和折射角r，根据n＝______可计算出玻璃砖的折射率.(2)如图乙所示，以O为圆心，用圆规作圆与OA、OO′分别交于P、Q点，过P、Q点分别作法线NN′的垂线，垂足分别为P′、Q′，用刻度尺测量出PP′和QQ′的长度，则玻璃砖的折射率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，在棱镜的一侧插入两枚大头针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两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像和P3，在纸上标出大头针的位置和三棱镜轮廓，如图所示.(1)在图上画出所需的光路图；答案　见解析光路图如图所示，画出通过P1、P2的入射光线，交AC于O，画出通过P3、P4的出射光线交AB于O′，连接OO′，则光线OO′就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线.(2)为了测出该三棱镜的折射率，需要测量的物理量是________，在图上标出它们；答案　见解析在所画的图上画出虚线部分，并注明入射角θ1和折射角θ2，用量角器量出θ1和θ2的大小(或用直尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度).(3)计算折射率的公式是n＝________.答案　见解析测定玻璃折射率的基本思路(1)确定一条从空气斜射入玻璃砖(或者从玻璃砖斜射入空气)的光路.(2)通过作图确定入射角和折射角.4.如图(a)所示，甲同学在“测量玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′.O为直线AO与aa′的交点，甲同学经正确操作插好了四枚大头针P1、P2和P3、P4.(1)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的直线NN′，连接OO′.测量图中角α和β的大小，则玻璃砖的折射率n＝______.(2)如图(b)所示，甲同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽但仍平行.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.小于(3)甲同学准确地画好玻璃砖界面aa′和bb′后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些.如图(c)所示，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.等于如图所示，实线表示将玻璃砖向下平移后实际的光路图，而虚线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律知，折射率的测量值等于准确值.(4)乙同学采用的是梯形玻璃砖，在纸上画出的界面aa′，bb′与玻璃砖的位置如图(d)所示，实验过程和操作均正确，则折射率的测量值______(选填“大于”“小于”或“等于”)准确值.等于只要操作正确，测量的结果与玻璃砖的形状无关，所以乙同学测得的折射率等于准确值.求其他形状玻璃砖的折射率“测量玻璃的折射率”实验中，也可以用三棱镜、半圆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.5.某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖.如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm.玻璃的折射率n＝____，光在玻璃中的传播速度v＝________ m/s(光在真空中的传播速度c＝3.0×108 m/s，结果均保留两位有效数字).1.22.5×108作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角i＝45°，设折射角为r，实验：测量玻璃的折射率