2018-2019版高中物理_第四章 光的折射 2 学生实验：测定玻璃的折射率课件 教科版选修3-4

2学生实验：测定玻璃的折射率,第四章光的折射,学习目标,1.通过实验了解平行玻璃砖的光学性质.2.会用“插针法”测定玻璃砖的折射率.,内容索引,题型演练学以致用实训演练,达标检测检测评价达标过关,技能储备明确原理提炼方法,技能储备,一、实验：测定玻璃的折射率1.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和折射角，根据折射定律，便可求出玻璃的折射率.2.实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(34枚)、量角器、直尺、铅笔.,3.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直线aa作为分界面，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i适当大些.如图1所示.,图1,(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)用直尺画平行于玻璃砖另一侧面的一条直线bb.(5)在玻璃砖的bb一侧白纸上竖直地插一枚大头针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本身，同时也能挡住P1、P2的像.,(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r.(8)用量角器量出入射角i和折射角r的大小.(9)改变入射角i，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角.(10)算出不同入射角时的值，求出几次实验中的平均值就是玻璃的折射率.,4.数据处理(1)计算法：把上述实验数据分别由n计算出n1、n2、n3、，求出平均值即为玻璃砖折射率的测量值.(2)图像法：因sininsinr，所以可把上面的数据以sinr值为横坐标、以sini值为纵坐标，建立直角坐标系，如图2所示.描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线.求解图线斜率，设斜率为k，则nk.,图2,(3)单位圆法：过入射点画出玻璃砖界面的法线NN，以入射点B为圆心，适当长度为半径画圆，入射光线、折射光线与圆周交于A和C，由点A、C向法线作垂线，分别交法线NN于A、C点，如图3所示.测出垂线的长度AA和CC，则玻璃砖的折射率可表示为,图3,5.注意事项(1)轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面.严禁把玻璃砖当直尺使用.(2)实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置不可移动.(3)大头针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些，以减小确定光线方向时出现的误差.(4)实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量误差加大；也不能太大(接近90)，否则会不易观察到P1、P2的像.,二、光的色散现象1.色散：白光实际上是由各种单色光组成的复色光.复色光在通过透明介质以后分解成单色光的现象叫做色散.2.同一种介质对不同颜色的光的折射率是不同的.在各种色光中介质对紫光折射率最大，表示紫光在介质中传播的速度最小.,题型演练,一、实验：测定玻璃的折射率,答案见解析,例1在用三棱镜测定玻璃折射率的实验中，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧垂直白纸插入两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧垂直白纸插两枚大头针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位置和三棱镜轮廓如图4所示.(1)在本题的图上画出所需的光路；,答案,解析,图4,解析如图所示，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.则光线OO就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线.,解析过O点作AC面的法线，在所画的图上注明入射角1和折射角2，用量角器量出1和2.,(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；,答案,解析,答案见解析,(3)计算折射率的公式是_.,答案,解析,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(或者从玻璃斜射入空气)的光路.2.通过作图确定入射角和折射角.3.由折射率的定义式n计算出玻璃的折射率.,例2在“测定玻璃的折射率”实验中：(1)为了取得较好的实验效果，其中正确的是_.A.必须选用上下表面平行的玻璃砖B.选择的入射角应尽量小些C.大头针应垂直地插在纸面上D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些,答案,解析,CD,解析用插针法测定玻璃的折射率时，玻璃砖上、下表面不一定要平行，故A错误；为了减小测量的相对误差，选择的入射角适当大些，效果会更好，故B错误；为了准确确定入射光线和折射光线，大头针应垂直地插在纸面上，故C正确；大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些时，引起的角度误差会减小，效果会好些，故D正确.,解析如图，实线是真实的光路图，虚线是玻璃砖宽度画大后的光路图.由图看出，在这种情况下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.,(2)甲同学在画界面时，不小心将两界面aa和bb间距画得比玻璃砖宽度大些，如图5所示，则他测得的折射率_(选填“偏大”“偏小”或“不变”),答案,解析,偏小,图5,(3)乙同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO延长线于C点，过A点和C点作垂直法线的直线分别交于B点和D点，如图6所示，则他只需要测量_，就可求出玻璃的折射率n_.,答案,解析,图6,AB、CD的长度,答案见解析图,例3用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧竖直插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图7甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经P1、P2点的入射光线.(1)在图上补画出所需的光路.,答案,解析,图7,解析连接P3、P4与CD交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，由于P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示,答案见解析图,(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的AB分界面上画出这两个角.,答案,解析,解析连接O点与光线在AB上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如图中i、r所示.,(3)用所测物理量计算折射率的公式为n_.,答案,解析,(4)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n_.,答案,解析,1.5,二、折射时的色散,如图8所示，白光通过棱镜折射后，由上到下的色光顺序为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，这说明：(1)射出棱镜的光线与入射光线方向的夹角叫通过棱镜的偏向角，如图所示，白光色散时，红光的偏向角最小，紫光的偏向角最大，说明同种玻璃对不同色光的折射率是不同的.(2)根据n可知：在同种介质中折射率大的速度小，各种色光在同种介质中的速度从小到大排序依次为v紫v靛v橙v红，即红光的速度最大，紫光的速度最小.,图8,例4如图9所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带.下面的说法中正确的是A.a侧是红色光，b侧是紫色光B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长C.三棱镜对a侧光的折射率小于对b侧光的折射率D.在三棱镜中a侧光的传播速度大于b侧光的传播速度,答案,解析,图9,解析红光的折射率小于紫光的折射率，经过三棱镜，红光的偏折角小于紫光的偏折角，则a侧是紫色光，b侧是红色光，A错；由题图知a侧光的偏折角大，三棱镜对a侧光的折射率大，a侧光的波长短，B对，C错；三棱镜对a侧光的折射率大，由v知，在三棱镜中a侧光的传播速度小于b侧光的传播速度，D错.,1.同一介质对不同的色光有不同的折射率，介质对频率大、波长短的光折射率大，按折射率从小到大依次排列为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫.2.在同一介质中，不同色光的传播速度不同，红光的折射率小，传播速度大；紫光的折射率大，传播速度小.,达标检测,1,2,3,1.(实验：测定玻璃的折射率)(多选)在做“测定玻璃的折射率”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,解析,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.大头针垂直插在纸面上可减小误差.每边的两个大头针的距离过近，确定入射光线和出射光线的位置时误差较大，在插P4时要挡住P3和P1、P2的像，与P1、P2有关，故A、B正确.,1,2,3,解析由题图可知，可见光穿过玻璃砖后，发生了色散，其中a光的侧移距离大于b光的侧移距离，说明玻璃对a光的折射率大于玻璃对b光的折射率，同种介质对红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的折射率依次增大，由于b光是蓝光，故只有D选项符合题意.,2.(折射中的色散)如图10所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光.如果光束b是蓝光，则光束a可能是A.红光B.黄光C.绿光D.紫光,答案,解析,1,2,3,图10,3.(实验：测定玻璃的折射率)在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路如图11所示.(1)在实验中，如果用量角器分别量出入射角1和折射角2，那么，该玻璃砖的折射率的表达式为n_.,答案,解析,1,2,3,图11,(2)在实验数据的处理中，有两位同学各设计了一个记录表格，而且都已完成了计算，根据他们设计的表格所反映的信息，判断他们的论证做得是否正确.甲同学设计的表格是,1,2,3,解析为了减小测量的偶然误差，必须采用多次测量取平均值的方法.由于每次测量时，入射角不同，折射角不同，入射角和折射角取平均值没有意义，而介质的折射率仅由介质的性质决定，是不变的，所以应根据每一个入射角及对应的折射角，运用折射定律求出折射率，再求出折射率的平均值，可有效减小测量的误差，故甲同学做得正确.,乙同学设计的表格是,答案,解析,1,2,3,上述两位同学做得正确的是_(填“甲”或“乙”),甲,A.甲、乙均偏小B.甲、乙均偏大C.甲偏大、乙偏小D.甲偏小、乙偏大,(3)若甲在做测定玻璃的折射率的实验时，法线画得与界面不垂直，出现如图12(a)所示的倾斜；若乙在放置玻璃砖时，玻璃砖的平面没有与aa重合，出现如图(b)所示的偏差，则他们测得的