高中物理教科版选修3-4课件：第四章　2.学生实验：测定玻璃的折射率 :23张PPT

课件23张PPT。2.学生实验:测定玻璃的折射率1.通过实验了解平行玻璃砖的光学性质.　　　　
2.会用“插针法”测定玻璃的折射率.1.实验目的
测定玻璃的折射率,掌握光发生折射时入射角和折射角的确定方法.
2.实验器材
白纸、图钉、大头针、直尺或三角板、铅笔、量角器、平木板、两对面平行的玻璃砖.
3.实验原理
如图所示,用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O'B,确定出O'点,画出折射光线OO',然后测量出入射角i 和折射角r,根据公式4.实验步骤
(1)将白纸用图钉按在绘图板上.
(2)在白纸上画出一条直线aa'作为两种介质的界面(线),过aa'上的一点O画出界面的法线NN',并画一条线段AO作为入射光线.
(3)把玻璃砖放在白纸上,使它的一个长边跟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,画出玻璃砖的另一边bb'.
(4)在直线AO上竖直地插上两枚大头针G1、G2,放回玻璃砖,从玻璃砖另一侧透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像,调整视线方向,直到G2 的像挡住G1 的像.?
(5)再在观察的这一侧竖直地插两枚大头针G3、G4,使G3 挡住G1、G2的像,G4 挡住G3及G1、G2的像,记下G3、G4的位置.?(6)移去大头针和玻璃砖,过G3、G4的插点画直线O'B,与bb'交于O',直线O'B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向.连接OO',OO'是在玻璃砖内折射光线的路径.
(7)入射角i=∠AON ,折射角r=∠O'ON' .用量角器量出入射角i和折射角r,从三角函数表中查出它们的正弦值.
(8)用上述方法分别求出入射角分别为15°、30°、45°、60°、75°时的折射角,查出它们相应的正弦值.探究一探究二实验注意事项和数据处理
1.注意事项
(1)实验中,玻璃砖在纸上的位置不可移动.
(2)用手拿玻璃砖时,手只能接触玻璃砖的毛面或棱,不能触摸光洁的光学面,严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb'.
(3)大头针应竖直地插在白纸上,且玻璃砖每一侧的两枚大头针G1与G2间、G3与G4间的距离应大一些,以减少确定光路方向时造成的误差.
(4)实验时,入射角i不宜过小,否则会增大测量角度的误差;入射角也不宜过大,因入射角太大时,折射光线太弱.
(5)为减小实验误差,要改变入射角,重复实验,所以应将每次实验所得的插孔进行编号,以免造成混乱.
(6)玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大.探究一探究二2.数据处理
处理方式一: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,分别交NN'于C'、D',用直尺量出CC'和DD'的长,如图甲所示.探究一探究二重复以上实验,求得各次折射率的计算值,然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值.在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值的基础上,以sin r值为横坐标、以sin i值为纵坐标,建立直角坐标系,如图乙所示.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n=k.探究一探究二误差分析
1.入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故入射方向、出射方向所插两枚大头针间距应大一些,玻璃砖应宽一些.
2.入射角和折射角的测量造成误差,故入射角应适当大些,以减小测量的相对误差.【例题1】学校开展研究性学习,某研究小组的同学根据所学的光学知识,设计了一个测量液体折射率的仪器.如图所示,在一个圆盘上,过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF.在半径OA上,垂直盘面插上两大头针P1、P2,并保持P1、P2位置不变.每次测量时都让圆盘的下半部分竖直进入液体中,而且总使得液面与直径BC相平,EF作为界面的法线,而后在图中右上方区域观察P1、P2的像.同学们通过计算,预先在圆周EC部分刻好了折射率的值,这样只要根据P3所插的位置,就可直接读出液体的折射率的值.(1)若∠AOF=30°,OP3与OC的夹角为30°,则P3处所刻折射率的值为　　　　.?
(2)图中P3、P4两位置相比较,哪一处所对应的折射率值大?　　　　.?
(3)作AO的延长线交圆周于K,K处对应的折射率的值应为　　　　.?(2)因为∠EOP4>∠EOP3.
由折射定律可以判断,P4处所对应的折射率大.
(3)由于沿AOK方向,光线没改变方向,所以K处对应的折射率为1.【例题2】 在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图①②所示,其中甲同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖.他们的其他操作均正确,且均以aa'、bb'为界面画光路图.则:
(1)甲同学测得的折射率与真实值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”).?
(2)乙同学测得的折射率与真实值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”).?答案:(1)偏小　(2)不变 1 2 3 4 51如图所示,用插针法测定玻璃折射率的实验中,以下各说法中正确的是(　　)
A.G1、G2及G3、G4之间的距离适当大些,
可以提高准确度
B.G1、G2及G3、G4之间的距离取得小些,
可以提高准确度
C.入射角θ1适当大些,可以提高准确度
D.入射角θ1适当小些,可以提高准确度
解析:因为实验中的入射光线和折射光线都是通过隔着玻璃砖观察在一直线上后确定的,相互间的距离太小,容易出现偏差,选项A正确.入射角适当大些,相应的折射角也增大,折射现象较明显,容易测量些,选项C正确.
答案:AC1 2 3 4 52某组同学用插针法测平行玻璃砖的折射率,记录下入射、折射、出射光线后,以入射点O 为圆心画单位圆,用直尺测得有关线段的长度.如图所示,则下面四个表达式中,能正确地表达折射率的关系式的是(　　)1 2 3 4 5答案:B 1 2 3 4 53某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n.如图甲所示,O是圆心,MN是法线,AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径.该同学测得多组入射角i和折射角r,作出sin i-sin r图像如图乙所示.则(　　)
A.光由A经O到B,n=1.5 B.光由B经O到A,n=1.5
C.光由A经O到B,n=0.67 D.光由B经O到A,n=0.671 2 3 4 5答案:B 1 2 3 4 54用三棱镜做测定玻璃折射率的实验,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的一侧插上两枚大头针G1和G2,然后在棱镜的另一侧观察,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针G3和G4,使G3挡住G1和G2的像,G4挡住G3和G1、G2的像,在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓,如图所示.
(1)在图中画出所需的光路;
(2)为了测出玻璃棱镜的折射率,需要测量的量是　　　　　,　　　　　,在图上标出它们;?
(3)计算折射率的公式是n=　　　　　.?1 2 3 4 5解析: (1)如图,过G1、G2作直线交AB于O,过G3、G4作直线交AC于O',连接OO'就是光在棱镜中的光路图.
(2)如图,需测量入射角i、折射角r.1 2 3 4 55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,在玻璃一侧竖直地插两枚大头针G1和G2,在另一侧先后再插两枚大头针G3和G4,使从另一侧隔着玻璃观察时,大头针G4、G3和G2、G1的像恰好在一条直线上,移去玻璃圆柱和大头针后,在白纸上得到如图所示的图.
(1)在图中完成光路图;
(2)写出计算玻璃折射率的公式(不必计算).1 2 3 4 5解析:(1)①连接G1、G2交圆柱形玻璃于一点为入射点;②连接G3、G4交圆柱形玻璃于一点为出射点;③连接入射点与出射点为光在玻璃中的传播路径.
(2)连接入射点与O点,连线为法线,则入射光线与法线的夹角为i,折答案:(1)如图所示.