(新课标)教科版物理选修3-4第4章 2.学生实验:测定玻璃的折射率28张PPT

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名称 (新课标)教科版物理选修3-4第4章 2.学生实验:测定玻璃的折射率28张PPT
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资源类型 教案
版本资源 教科版
科目 物理
更新时间 2019-10-12 16:47:21

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课件28张PPT。第四章 光的折射2.学生实验:测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率点击右图进入…Thank you for watching !2.学生实验:测定玻璃的折射率
一、实验目的
测定玻璃的折射率.
二、实验原理
用插针法确定光路,找出与入射光线相对应的玻璃中的折射光线,用量角器测出入射角i和折射角r,根据折射定律计算出玻璃的折射率n=sin i/sin r.
三、实验器材
两对面平行的玻璃砖一块,大头针四枚,白纸一张,直尺一把或三角板一个,量角器一个.
一、实验步骤
1.先在白纸上画一条直线EE′,代表两种介质的分界面;再画出一直线段AB代表入射光线;然后画出分界面上B点处的法线NN′,如图所示.
测定玻璃的折射率
2.把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的一个长边与EE′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FF′代表玻璃砖的另一边.
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挡住.
4.再在观察的这一侧竖直地插上两枚大头针G3、G4,用G3挡住G1和G2的像,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光线.连接BC,BC就是玻璃砖内折射光线的路径.
6.用量角器测出入射角i和折射角r,从三角函数表中查出它们的正弦值.
7.通过上面的步骤分别测出入射角为15°、30°、45°、60°、75°时的折射角,并查出它们相应的正弦值.
二、数据处理及误差分析
此实验是通过测量入射角和折射角,然后查数学用表,找出入射角和折射角的正弦值,再代入n=中求玻璃的折射率.除运用此方法之外,还有以下处理数据的方法.
1.处理方法一
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,与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sin i=,sin r=,
而CO=DO,所以折射率:n1==.
重复以上实验,求得各次折射率计算值,然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值.
2.处理方法二
根据折射定律可得
n=.
因此有sin r=sin i.
根据所量得的角度的正弦值作出sin r-sin i图像,如图所示,则图线的斜率的倒数即为折射率.这样也可以减小误差.
设斜率为k,则k=,所以n=.
三、注意事项
1.实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,同侧两针之间的距离要稍大些.
2.入射角应适当大些,以减小测量角度的误差,但也不宜太大,入射角太大,在玻璃砖的另一侧会看不清大头针的像.
3.操作时不要用手触摸玻璃砖的光滑光学面,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.玻璃砖应选择宽度较大的,一般要求在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大.
6.入射点应尽量靠近玻璃砖上界面的左侧,使之在玻璃砖的另一侧能够找到对应的出射光线.
实验探究1 实验原理及数据处理
 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甲所示(O为两圆弧圆心,图中已画出经过P1、P2点的入射光线).
(1)在图上补画出所需的光路;
(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;
(3)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=________.
【解析】 (1)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,又由于P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置,连接两点即可作出玻璃砖中的光线,如图所示.
(2)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)图像的斜率k==n,由题意乙可知斜率为1.5,即玻璃的折射率为1.5.
【答案】 (1)见解析图 (2)见解析图 (3)1.5
 某同学由于没有量角器,在完成了光路图以后,以O点为圆心,10.00 cm长为半径画圆,分别交线段OA于A点,交O和O′连线延长线于C点,过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于B点,过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于D点,如图所示,用刻度尺量得OB=8.00 cm,CD=4.00 cm,由此可得出玻璃的折射率n=________.
【解析】 sin θ1=AB/AO,sin θ2=CD/OC,而n=sin θ1/sin θ2=·,因为AO=OC,所以n=AB/CD= /4=1.5.
【答案】 1.5
实验探究2 实验误差的分析
 在利用插针法测定玻璃折射率的实验中:
(1)甲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,如图甲所示.则他测出的折射率将________(填“偏大”“偏小”或“不变”);
(2)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,如图乙所示,则他测得的折射率________(填“偏大”“偏小”或“不变”).
【解析】 (1)如图甲所示,甲同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,测得的入射角、折射角没有受到影响,因此测得的折射率将不变.
(2)如图乙所示,乙同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,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.
【答案】 (1)不变 (2)偏小
课时分层作业(十五)
(建议用时:45分钟)
1.测定玻璃的折射率时,为了减小实验误差,应注意的是(  )
A.玻璃砖的厚度宜大些
B.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、P2及P3、P4之间的距离应适当大些
E.测出的折射率随入射角的增大而增大
【解析】 玻璃砖厚度大些,可减小测量误差;大头针垂直插在纸面上以及大头针P1与P2及P3与P4之间的距离适当大些,可减小确定光路方向时的误差,A、C、D正确.入射角较小时,测量误差较大,B错误.折射率与入射角无关,E错误.
【答案】 ACD
2.两束细平行光a和b相距d,从空气中相互平行地斜射到长方体玻璃砖的上表面,如图所示,若玻璃对a的折射率大于对b的折射率,当它们从玻璃砖的下表面射出后,两束光________(填“仍平行”或“不平行”),间距________d(填“=”“<”或“>”).
【解析】 如图所示,光线经两表面平行的玻璃砖后方向不变,出射光线是平行的,根据折射定律得na=,nb=,由题意知,na>nb,则ra<rb,故d′<d.
【答案】 仍平行 <
3.用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率,O为玻璃砖截面的圆心,使入射光线跟玻璃砖的平面垂直,如图所示的四个图中P1、P2、P3和P4是四个学生实验时插针的结果.
(1)在这四个图中肯定把针插错了的是________.
(2)在这四个图中可以比较准确地测出玻璃砖折射率的是______,玻璃砖的折射率的公式为______.
【解析】 (1)垂直于半圆柱玻璃砖的平面射入的光线,经玻璃砖折射后,折射光线不会与入射光线平行(过圆心的入射光线除外),A错.
(2)测量较准确的是图D.图B的入射光线经过圆心,出射光线没有发生偏折;图C的入射光线离圆心太近,射到圆界面上时,入射角太小不易测量,会产生较大的误差.测量出入射角与折射角后,由折射定律n=求出玻璃砖的折射率.
【答案】 (1)A (2)D n=
4.如图所示,某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率.在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线,并让入射光线过圆心O,在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,连接OP3,图中MN为分界面,虚线半圆与玻璃砖对称,B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点,AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点.
(1)设AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量________,则玻璃砖的折射率可表示为________.
(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度,由此测得玻璃砖的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”).
【解析】 (1)sin i=,sin r=,因此玻璃的折射率n===,因此只需测量l1和l3即可.
(2)当玻璃砖顺时针转过一个小角度时,在处理数据时,认为l1是不变的,即入射角不变,而l3减小,所以测量值n=将偏大.
【答案】 (1)l1和l3 n= (2)偏大