2021-2022人教版高中物理选择性必修一第四章 第一节 光的折射（第二课时）学案
文档属性
| 名称 | 2021-2022人教版高中物理选择性必修一第四章 第一节 光的折射（第二课时）学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 322.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-29 13:02:17 | ||
图片预览
文档简介
4.1光的折射（第二课时）
-----测定玻璃的折射率
【学习目标】
会用“插针法”测量玻璃的折射率．
【课堂合作探究】
1、实验原理：
根据光的折射定律，测量玻璃折射率的关键是想办法测量出入射角和折射角，为此必须要确定一条光路。如图所示，当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时，只要找出与入射光线AO相对应的出射光线O′D，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律n＝，就可以求出玻璃的折射率了。
2、实验器材
白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平木板，长方形玻璃砖．
3、实验步骤
(1)在白纸上画出一条直线aa′作为界面，过aa′上的一点O1画出界面的法线NN′，并画一条线段AO1作为入射光线，如图所示．
(2)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与aa′对齐．用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动．将玻璃砖取下，画出直线bb′代表玻璃砖的另一边．
(3)在直线AO1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挡住P1的像．再在观察的这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以及P1、P2的像，记下P3、P4的位置．过P3、P4作一条线段交bb′于O2.
(4)连接O1O2，直线O1O2就代表了沿AO1方向入射的光线在玻璃砖中的传播路径，入射角θ1＝∠AO1N，折射角θ2＝∠O2O1N′.
4、数据处理：
(1)平均值法。算出不同入射角时的比值，最后求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率。
(2)图象法。以sinθ1值为横坐标、sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示．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k，则k＝＝，故玻璃砖折射率n＝。
(3)作图法。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，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′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图所示．由于sinθ1＝，
sinθ2＝，且CO＝DO，所以折射率n1＝＝。
5、误差分析：
(1)玻璃砖移动。
(2)玻璃砖的两个平行的折射面与两条平行轮廓线没完全重合。
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°范围内取值．
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O1、O2才能与光线的实际入射点较好地相符，否则将使画出的玻璃中的光路与实际情况偏离严重．
6、注意事项：
(1)玻璃砖的两个边aa′'必须画准确，才能确定法线和准确地画出人射角和折射角。注意不能用玻璃砖替代直尺画线，避免划伤和污染玻璃砖的光学面。可以用铅笔先在白纸上描出玻璃砖每个界面的两个点，然后取下玻璃砖再用直尺连成线。
(2)实验时，尽可能将大头针竖直地插在纸上，且A和B之间、B和O之间、C和D之间、C和O'之间距离要稍大一些。要透过玻璃砖观察大头针的像，而不是看玻璃砖上面的大头针的顶部。
(3)人射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差。
(4)实验的过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变，不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面。
(5)应选用宽度较大的玻璃砖，宽度宜在5cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。
【例题】在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示．
(1)在下图中画出完整的光路图．
(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(结果保留三位有效数字).
(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(选填“A”或“B”).
[变式训练] 某同学利用“插针法”测量玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示．
(1)此玻璃砖的折射率计算式为n＝________(用图中的θ1、θ2表示)；
(2)P1、P2及P3、P4之间的距离适当________(选填“大”或“小”)些，可以提高准确度．
【知识巩固提升】
1、一束光从真空进入某介质，方向如图所示，则该介质的折射率为________，若光在真空中的传播速度为c，则光在该介质中的传播速度为________．
2、(多选)根据图中的漫画，判断下列说法正确的是( )
A．人看到的是鱼的实像，位置变浅了些
B．人看到的是鱼的虚像，位置变浅了些
C．鱼看到的是人的实像，位置偏低了些
D．鱼看到的是人的虚像，位置偏高了些
3、(多选)某同学用“插针法”做测量玻璃折射率实验时，他的方法和操作步骤都正确无误，但他处理实验记录时，发现玻璃砖的两个光学面aa′和bb′不平行，如图所示，则( )
A．AO与O′B两条直线平行
B．AO与O′B两条直线不平行
C．他测出的折射率偏大
D．他测出的折射率不受影响
4、某同学利用“插针法”测量玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示．
(1)此玻璃砖的折射率计算式为n＝________(用图中的θ1、θ2表示)；
(2)P1、P2及P3、P4之间的距离适当________(选填“大”或“小”)些，可以提高准确度
5、某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时，先在白纸上作一个与玻璃圆柱同半径的圆，圆心为O，将玻璃圆柱平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合．在玻璃一侧竖直插两个大头针P1和P2.在另一侧再先后插两个大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针P4和P3与P2和P1的像恰在同一直线上．移去玻璃圆柱和大头针后，如图所示．
(1)在图中画出：
①沿P1、P2连线方向的入射光线通过圆形玻璃后的传播方向；
②光线在玻璃内的传播方向；
③过光线的入射点作法线，标出入射角i和折射角r.
(2)写出计算玻璃折射率的公式________．
-----测定玻璃的折射率
【学习目标】
会用“插针法”测量玻璃的折射率．
【课堂合作探究】
1、实验原理：
根据光的折射定律，测量玻璃折射率的关键是想办法测量出入射角和折射角，为此必须要确定一条光路。如图所示，当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时，只要找出与入射光线AO相对应的出射光线O′D，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律n＝，就可以求出玻璃的折射率了。
2、实验器材
白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平木板，长方形玻璃砖．
3、实验步骤
(1)在白纸上画出一条直线aa′作为界面，过aa′上的一点O1画出界面的法线NN′，并画一条线段AO1作为入射光线，如图所示．
(2)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与aa′对齐．用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动．将玻璃砖取下，画出直线bb′代表玻璃砖的另一边．
(3)在直线AO1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挡住P1的像．再在观察的这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以及P1、P2的像，记下P3、P4的位置．过P3、P4作一条线段交bb′于O2.
(4)连接O1O2，直线O1O2就代表了沿AO1方向入射的光线在玻璃砖中的传播路径，入射角θ1＝∠AO1N，折射角θ2＝∠O2O1N′.
4、数据处理：
(1)平均值法。算出不同入射角时的比值，最后求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率。
(2)图象法。以sinθ1值为横坐标、sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示．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k，则k＝＝，故玻璃砖折射率n＝。
(3)作图法。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，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′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图所示．由于sinθ1＝，
sinθ2＝，且CO＝DO，所以折射率n1＝＝。
5、误差分析：
(1)玻璃砖移动。
(2)玻璃砖的两个平行的折射面与两条平行轮廓线没完全重合。
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°范围内取值．
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O1、O2才能与光线的实际入射点较好地相符，否则将使画出的玻璃中的光路与实际情况偏离严重．
6、注意事项：
(1)玻璃砖的两个边aa′'必须画准确，才能确定法线和准确地画出人射角和折射角。注意不能用玻璃砖替代直尺画线，避免划伤和污染玻璃砖的光学面。可以用铅笔先在白纸上描出玻璃砖每个界面的两个点，然后取下玻璃砖再用直尺连成线。
(2)实验时，尽可能将大头针竖直地插在纸上，且A和B之间、B和O之间、C和D之间、C和O'之间距离要稍大一些。要透过玻璃砖观察大头针的像，而不是看玻璃砖上面的大头针的顶部。
(3)人射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差。
(4)实验的过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变，不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面。
(5)应选用宽度较大的玻璃砖，宽度宜在5cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。
【例题】在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示．
(1)在下图中画出完整的光路图．
(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(结果保留三位有效数字).
(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(选填“A”或“B”).
[变式训练] 某同学利用“插针法”测量玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示．
(1)此玻璃砖的折射率计算式为n＝________(用图中的θ1、θ2表示)；
(2)P1、P2及P3、P4之间的距离适当________(选填“大”或“小”)些，可以提高准确度．
【知识巩固提升】
1、一束光从真空进入某介质，方向如图所示，则该介质的折射率为________，若光在真空中的传播速度为c，则光在该介质中的传播速度为________．
2、(多选)根据图中的漫画，判断下列说法正确的是( )
A．人看到的是鱼的实像，位置变浅了些
B．人看到的是鱼的虚像，位置变浅了些
C．鱼看到的是人的实像，位置偏低了些
D．鱼看到的是人的虚像，位置偏高了些
3、(多选)某同学用“插针法”做测量玻璃折射率实验时，他的方法和操作步骤都正确无误，但他处理实验记录时，发现玻璃砖的两个光学面aa′和bb′不平行，如图所示，则( )
A．AO与O′B两条直线平行
B．AO与O′B两条直线不平行
C．他测出的折射率偏大
D．他测出的折射率不受影响
4、某同学利用“插针法”测量玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示．
(1)此玻璃砖的折射率计算式为n＝________(用图中的θ1、θ2表示)；
(2)P1、P2及P3、P4之间的距离适当________(选填“大”或“小”)些，可以提高准确度
5、某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时，先在白纸上作一个与玻璃圆柱同半径的圆，圆心为O，将玻璃圆柱平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合．在玻璃一侧竖直插两个大头针P1和P2.在另一侧再先后插两个大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针P4和P3与P2和P1的像恰在同一直线上．移去玻璃圆柱和大头针后，如图所示．
(1)在图中画出：
①沿P1、P2连线方向的入射光线通过圆形玻璃后的传播方向；
②光线在玻璃内的传播方向；
③过光线的入射点作法线，标出入射角i和折射角r.
(2)写出计算玻璃折射率的公式________．