4.1光的折射：测定玻璃的折射率（共39张ppt）物理人教版（2019）选择性必修第一册第四章 光
文档属性
| 名称 | 4.1光的折射：测定玻璃的折射率（共39张ppt）物理人教版（2019）选择性必修第一册第四章 光 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 876.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-05-23 08:30:26 | ||
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文档简介
(共39张PPT)
实验：测定玻璃的折射率
光的折射
3.会计算折射率及折射率的平均值．
学习目标
1.知道测定玻璃的折射率的原理、方法和步骤.
2.知道实验误差产生的原因和减小误差的方法.
i
r
入射角
折射角
法线
介质
空气
分界面
＝n
实验原理
玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(3～4枚)、量角器、直尺、铅笔．
实验器材
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
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．
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′.
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竖直插好．
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．
实验步骤
数据处理
计算法
＝n
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．
多次测量求平均值
数据处理
i
r
n＝=
单位圆法
数据处理
图像法
入射角i(°) 折射角r(°)
10 0.17 6.7 0.12
20 0.34 13.3 0.23
30 0.50 19.6 0.34
40 0.64 25.2 0.43
50 0.76 30.7 0.51
60 0.87 35.1 0.57
70 0.94 38.6 0.62
80 0.98 40.6 0.65
sinr
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.6
0.7
0
数据处理
i
r
图像法
单位圆法
携手
n＝=
0
斜率k=n
尺行天下
不需要测量角度，不需要计算正弦值。
一把尺子就够了！
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
误差探究与分析
探究一
大头针为什么必须竖直插？
探究二
在bb’侧观察时，为什么要求挡住的像，要同时挡住像，要挡住并同时挡住的像？在另一侧观察时也要同样的要求。
光路可逆
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
误差探究与分析
探究三
实验时入射角大一些好还是小一些好？
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
误差探究与分析
探究四
请问玻璃砖的宽度宽一些好还是窄一些好？
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
误差探究与分析
探究五
请问玻璃砖的bb’面一定要与aa’面平行吗？
圆柱形
误差探究与分析
探究六
请问其他形状的玻璃砖也可以用插针法测量吗？画一画！
上边界向上平移
误差探究与分析
探究七
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
真实
测量
＝n
边界
平移
探究七
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
真实
测量
＝n
下边界向下平移
误差探究与分析
边界
平移
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
真实
测量
＝n
上下边界向外平移
探究七
误差探究与分析
边界
平移
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
真实
测量
＝n
上下边界向内平移
探究七
误差探究与分析
边界
平移
i
r
真实
测量
玻
璃
砖
i
r
误差探究与分析
玻璃砖平移
探究八
误差探究与分析
探究九
玻璃砖旋转
玻
璃
砖
i
r
i
r
真实
测量
测量
＝
＝
＝
＝
1.97 1.46 1.39
2.73 1.73 1.15
特殊值法
不等式法
y=sinx
o
x
i
i+
r
r+
b
b+c
a+d
a
＝
＝
ab;cd
-0
相似三角形法
y=sinx
o
x
i
i+
r
r+
b
b+c
a+d
a
e
f
f
g
＝
＝
i
r
入射角
折射角
法线
玻璃
空气
分界面
＝n ＝
＝
＝
作图法
增加的比折射角增加的快。
误差探究与分析
探究九
玻璃砖旋转
玻
璃
砖
i
r
i
r
真实
测量
测量
＝
＝
误差探究与分析
探究十
法线未与边界垂直
玻
璃
砖
i
r
真实
测量
＝
＝
误差探究与分析
探究十
法线未与边界垂直
玻
璃
砖
i
r
真实
测量
＝
＝
误差探究与分析
关键
真实的入射角和折射角
找准和明确
测量的入射角和折射角
在用插针法测玻璃砖折射率的实验中，实验方法和步骤完全正确，但测后发现玻璃砖的两个光学面不平行，则________．
A．入射光线与出射光线一定不平行，测量值偏大
B．入射光线与出射光线一定不平行，测量值偏小
C．入射光线与出射光线一定不平行，测量值仍然正确
D．入射光线与出射光线可能平行，测量值仍然正确
跟我走
大显身手
例1
跟我走
大显身手
例2
“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4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P3
C．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)
i
r
在用插针法做“测定玻璃砖折射率”的实验中，某同学先在白纸上画出一直线并让待测玻璃砖一界面ab与线重合放置，再进行插针观察，如图6所示，梯形abcd是其水平截面的边界线，而A、B、C、D为该同学在某次实验时插入的4枚大头针的位置情况．
(1)请在图中完成测量玻璃砖折射率的有关光路图，并标出入射角α和折射角β；
(2)用α和β写出计算折射率的公式n＝________.
(3)若所画的cd线比实际界面向外平移了一些，则测得的折射率将________(选填“偏小”“不变”或“偏大”)．
偏大
跟我走
大显身手
例3
在做“插针法测定玻璃砖的折射率”的实验中，对于如图所示的梯形玻璃砖(两个光学面不平行)，实验结果可能是下列图中的________．(请选择一个正确答案)
味道江湖
1
在“测定玻璃的折射率”的实验中，
(1)操作步骤如下：
①先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面，过aa′上的O点画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线．
②把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐．
③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像．调整视线方向，直到P1的像被P2的像挡住．再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，记下P3、P4的位置．
④移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，测量出入射角θ1与折射角θ2，填入表格中．
上述操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是
______________________________________________________________________________________________________________________________________________ .
步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb′，步骤④中应令P3、P4的连线与bb′的交点为O′，连接O′和aa′上的入射点O，作出玻璃砖中的光线OO′.
味道江湖
2
(2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2，并作出了sin θ1－sin θ2的图象如图所示，则下列说法正确的是________．
A．实验时，光线是由空气射入玻璃
B．实验时，光线是由玻璃射入空气
C．玻璃的折射率为0.67
D．玻璃的折射率为1.5
如图所示，某同学做“测定玻璃的折射率”实验时，完成光路图后，由于没有量角器，借助圆规以O为圆心画圆，该圆交入射光线于A点，交OO′连线延长线于C点．分别过A点、C点作法线NN′的垂线AB、CD交NN′于B点、D点，请用刻度尺测量并计算得到此玻璃的折射率n＝________.(结果保留两位有效数字)
1.5
味道江湖
3
如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率．先在平铺的白纸上放半圆形玻璃砖，用铅笔画出直径所在的位置MN、圆心O以及玻璃砖圆弧线(图中半圆实线)；再垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O；最后，在玻璃砖圆弧线另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像．移走玻璃砖，作出与圆弧线对称的半圆虚线，过O点作垂直于MN的直线作为法线；连接OP2P1，交半圆虚线于B点，过B点作法线的垂线交法线于A点；连接OP3，交半圆实线于C点，过C点作法线的垂线交法线于D点．
(1)测得AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4.计算玻璃砖折射率n的公式是n＝________(选用l1、l2、l3或l4表示)．
(2)该同学在插大头针P3前，不小心将玻璃砖
以O为轴心顺时针转过一个小角度，该同
学测得的玻璃砖折射率将________(选填
“偏大”“偏小”或“不变”)．
真实法线
测量计算时的法线
偏大
味道江湖
4
味道江湖
1
某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，如图所示．则他测出的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．
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，如图所示，则他测得的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．
偏小
真实折射光线
测量计算时的折射光线
味道江湖
5
利用插针法测玻璃的折射率，实验中先将玻璃砖固定在水平桌面上的白纸上，画出玻璃砖两侧界面MN、PQ，在玻璃砖的一侧插好大头针P1、P2后，某同学发现在P1、P2的同侧通过玻璃砖在如图所示位置也可观察到P1、P2的像，于是他在白纸上插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，然后，他又插下大头针P4，使P4挡住P3以及P2、P1的像，取走玻璃砖，画P1、P2连线交MN于O点，P4、P3连线交MN于O′点，测出P1、P2连线与MN间的夹角α＝30°，玻璃砖的厚度h＝2.00 cm，OO′两点间的距离l＝3.00 cm.则玻璃砖的折射率为________．(结果保留三位有效数字)
味道江湖
6
实验：测定玻璃的折射率
光的折射
3.会计算折射率及折射率的平均值．
学习目标
1.知道测定玻璃的折射率的原理、方法和步骤.
2.知道实验误差产生的原因和减小误差的方法.
i
r
入射角
折射角
法线
介质
空气
分界面
＝n
实验原理
玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(3～4枚)、量角器、直尺、铅笔．
实验器材
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
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．
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′.
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竖直插好．
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．
实验步骤
数据处理
计算法
＝n
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．
多次测量求平均值
数据处理
i
r
n＝=
单位圆法
数据处理
图像法
入射角i(°) 折射角r(°)
10 0.17 6.7 0.12
20 0.34 13.3 0.23
30 0.50 19.6 0.34
40 0.64 25.2 0.43
50 0.76 30.7 0.51
60 0.87 35.1 0.57
70 0.94 38.6 0.62
80 0.98 40.6 0.65
sinr
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.6
0.7
0
数据处理
i
r
图像法
单位圆法
携手
n＝=
0
斜率k=n
尺行天下
不需要测量角度，不需要计算正弦值。
一把尺子就够了！
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
误差探究与分析
探究一
大头针为什么必须竖直插？
探究二
在bb’侧观察时，为什么要求挡住的像，要同时挡住像，要挡住并同时挡住的像？在另一侧观察时也要同样的要求。
光路可逆
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
误差探究与分析
探究三
实验时入射角大一些好还是小一些好？
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
误差探究与分析
探究四
请问玻璃砖的宽度宽一些好还是窄一些好？
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
误差探究与分析
探究五
请问玻璃砖的bb’面一定要与aa’面平行吗？
圆柱形
误差探究与分析
探究六
请问其他形状的玻璃砖也可以用插针法测量吗？画一画！
上边界向上平移
误差探究与分析
探究七
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
真实
测量
＝n
边界
平移
探究七
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
真实
测量
＝n
下边界向下平移
误差探究与分析
边界
平移
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
真实
测量
＝n
上下边界向外平移
探究七
误差探究与分析
边界
平移
玻
璃
砖
i
r
a
b
a’
b’
真实
测量
＝n
上下边界向内平移
探究七
误差探究与分析
边界
平移
i
r
真实
测量
玻
璃
砖
i
r
误差探究与分析
玻璃砖平移
探究八
误差探究与分析
探究九
玻璃砖旋转
玻
璃
砖
i
r
i
r
真实
测量
测量
＝
＝
＝
＝
1.97 1.46 1.39
2.73 1.73 1.15
特殊值法
不等式法
y=sinx
o
x
i
i+
r
r+
b
b+c
a+d
a
＝
＝
ab;cd
-0
相似三角形法
y=sinx
o
x
i
i+
r
r+
b
b+c
a+d
a
e
f
f
g
＝
＝
i
r
入射角
折射角
法线
玻璃
空气
分界面
＝n ＝
＝
＝
作图法
增加的比折射角增加的快。
误差探究与分析
探究九
玻璃砖旋转
玻
璃
砖
i
r
i
r
真实
测量
测量
＝
＝
误差探究与分析
探究十
法线未与边界垂直
玻
璃
砖
i
r
真实
测量
＝
＝
误差探究与分析
探究十
法线未与边界垂直
玻
璃
砖
i
r
真实
测量
＝
＝
误差探究与分析
关键
真实的入射角和折射角
找准和明确
测量的入射角和折射角
在用插针法测玻璃砖折射率的实验中，实验方法和步骤完全正确，但测后发现玻璃砖的两个光学面不平行，则________．
A．入射光线与出射光线一定不平行，测量值偏大
B．入射光线与出射光线一定不平行，测量值偏小
C．入射光线与出射光线一定不平行，测量值仍然正确
D．入射光线与出射光线可能平行，测量值仍然正确
跟我走
大显身手
例1
跟我走
大显身手
例2
“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4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P3
C．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)
i
r
在用插针法做“测定玻璃砖折射率”的实验中，某同学先在白纸上画出一直线并让待测玻璃砖一界面ab与线重合放置，再进行插针观察，如图6所示，梯形abcd是其水平截面的边界线，而A、B、C、D为该同学在某次实验时插入的4枚大头针的位置情况．
(1)请在图中完成测量玻璃砖折射率的有关光路图，并标出入射角α和折射角β；
(2)用α和β写出计算折射率的公式n＝________.
(3)若所画的cd线比实际界面向外平移了一些，则测得的折射率将________(选填“偏小”“不变”或“偏大”)．
偏大
跟我走
大显身手
例3
在做“插针法测定玻璃砖的折射率”的实验中，对于如图所示的梯形玻璃砖(两个光学面不平行)，实验结果可能是下列图中的________．(请选择一个正确答案)
味道江湖
1
在“测定玻璃的折射率”的实验中，
(1)操作步骤如下：
①先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面，过aa′上的O点画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线．
②把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐．
③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像．调整视线方向，直到P1的像被P2的像挡住．再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，记下P3、P4的位置．
④移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，测量出入射角θ1与折射角θ2，填入表格中．
上述操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是
______________________________________________________________________________________________________________________________________________ .
步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb′，步骤④中应令P3、P4的连线与bb′的交点为O′，连接O′和aa′上的入射点O，作出玻璃砖中的光线OO′.
味道江湖
2
(2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2，并作出了sin θ1－sin θ2的图象如图所示，则下列说法正确的是________．
A．实验时，光线是由空气射入玻璃
B．实验时，光线是由玻璃射入空气
C．玻璃的折射率为0.67
D．玻璃的折射率为1.5
如图所示，某同学做“测定玻璃的折射率”实验时，完成光路图后，由于没有量角器，借助圆规以O为圆心画圆，该圆交入射光线于A点，交OO′连线延长线于C点．分别过A点、C点作法线NN′的垂线AB、CD交NN′于B点、D点，请用刻度尺测量并计算得到此玻璃的折射率n＝________.(结果保留两位有效数字)
1.5
味道江湖
3
如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率．先在平铺的白纸上放半圆形玻璃砖，用铅笔画出直径所在的位置MN、圆心O以及玻璃砖圆弧线(图中半圆实线)；再垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O；最后，在玻璃砖圆弧线另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像．移走玻璃砖，作出与圆弧线对称的半圆虚线，过O点作垂直于MN的直线作为法线；连接OP2P1，交半圆虚线于B点，过B点作法线的垂线交法线于A点；连接OP3，交半圆实线于C点，过C点作法线的垂线交法线于D点．
(1)测得AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4.计算玻璃砖折射率n的公式是n＝________(选用l1、l2、l3或l4表示)．
(2)该同学在插大头针P3前，不小心将玻璃砖
以O为轴心顺时针转过一个小角度，该同
学测得的玻璃砖折射率将________(选填
“偏大”“偏小”或“不变”)．
真实法线
测量计算时的法线
偏大
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4
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1
某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，如图所示．则他测出的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．
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，如图所示，则他测得的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．
偏小
真实折射光线
测量计算时的折射光线
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5
利用插针法测玻璃的折射率，实验中先将玻璃砖固定在水平桌面上的白纸上，画出玻璃砖两侧界面MN、PQ，在玻璃砖的一侧插好大头针P1、P2后，某同学发现在P1、P2的同侧通过玻璃砖在如图所示位置也可观察到P1、P2的像，于是他在白纸上插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，然后，他又插下大头针P4，使P4挡住P3以及P2、P1的像，取走玻璃砖，画P1、P2连线交MN于O点，P4、P3连线交MN于O′点，测出P1、P2连线与MN间的夹角α＝30°，玻璃砖的厚度h＝2.00 cm，OO′两点间的距离l＝3.00 cm.则玻璃砖的折射率为________．(结果保留三位有效数字)
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