4.1-2测量玻璃的折射率 —2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册学案word版含答案
文档属性
| 名称 | 4.1-2测量玻璃的折射率 —2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册学案word版含答案 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 414.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-05-10 06:06:33 | ||
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文档简介
第1节 光的折射
第2课时 实验：测量玻璃的折射率
【学习目标】
1．会测量玻璃等材料的折射率，通过实验体会光线模型的建构过程。
【知识梳理】
一、测定玻璃的折射率
1．实验思路
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．实验过程
问题1：怎样确定与入射光线AO 相对应的折射光线OO′？
方法：
在木板上面铺一张白纸，把玻璃砖放在纸上，描出玻璃砖的两个边a 和 a′(如上图)。然后，在玻璃砖的一侧插两个大头针A、B，AB 的延长线与直线a 的交点就是O。眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B 把 A 挡住，这样大头针A、B 就确定了射入玻璃砖的光线。
在眼睛这一侧再插第三个大头针C，使它把A、B 都挡住，插第四个大头针D，使它把前三个大头针都挡住，那么，后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线。
3．数据处理
(1)方法一：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)方法二：图象法
以sinθ1值为横坐标、sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如右图所示．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)方法三：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＝＝。
4．误差分析
(1)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
(2)玻璃砖移动
5．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)在实验的过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变，更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。
【考点研析】
1．由某种透明物质制成的等腰直角棱镜AOB，两腰都为16 cm，且两腰与Ox与Oy轴都重合，如图所示，从BO边的C点注视A点，发现A点的位置在D点，在C、D两点插上大头针，测出C点的坐标为(0，12)，D点的坐标为(9，0)，由此可以算出该透明物质的折射率为多大？
解析：假设从A点发出一条光线射在C点，经折射后，射入眼睛．当逆着折射光线看去，好似光线是从D点射出．
sin θ1＝cos∠ACO＝＝
sin θ2＝cos ∠DCO＝＝
所以，该透明物质的折射率
n＝＝＝.
答案：
2．(多选)某同学用插针法测定玻璃砖的折射率，他的实验方法和操作步骤准确无误，但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa′与bb′不平行，则( )
A．入射光线与出射光线两条直线平行
B．入射光线与出射光线两条直线不平行
C．他测出的折射率偏大
D．他测出的折射率不受影响
【解析】
如图所示，在光线由aa′进入玻璃砖的偏折现象中，由折射定律知：n＝.在光线由bb′射出玻璃砖的偏折现象中，同理，n＝.若aa′与bb′平行，则i＝β，因此，α＝r，此时入射光线AO与出射光线O′B平行．若aa′与bb′不平行，则i≠β，因此，α≠r.此时入射光线AO与出射光线O′B不平行，选项B正确．在具体测定折射率时，要求实验方法、光路均准确无误，折射率的测量值不受aa′与bb′是否平行的影响，选项D正确．故正确答案为B、D.
【答案】 BD
3．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，如下图甲所示．
(1)在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＝________(保留3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，如上图乙所示．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________(填“A”或“B”)．
解析：(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点，并延长与玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方向．光路如图所示．
(2)设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为i，折射角为r，则sini＝＝0.798，sinr＝＝0.521
所以玻璃的折射率n＝＝＝1.53
(3)由题图乙可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A.
答案：(1)见解析
(2)1.53(说明：±0.03范围内都可) (3)A
4．一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的(光线不能通过此表面)．现要测定此玻璃的折射率．给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻度的直角三角板、量角器．
实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直．在纸上画出直线aa′和bb′，aa′表示镀银的玻璃表面，bb′表示另一表面，如图所示．然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图)．用P1、P2的连线表示入射光线．
(1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？试在题图中标出P3、P4的位置．
(2)然后，移去玻璃砖与大头针．试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤．
(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式．
【解析】 (1)在bb′一侧观察P1、P2(经过bb′折射aa′反射，再经bb′折射后)的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2的像；再插上P4，让它挡住P2(或P1)的像和P3.P3、P4的位置如图．
(2)①过P1、P2作直线与bb′交于O；
②过P3、P4作直线与bb′交于O′；
③利用刻度尺找到OO′的中点M；
④过O点作bb′的垂线CD，过M点作bb′的垂线与aa′相交于N，如图所示，连接ON；
⑤∠P1OD＝θ1，∠CON＝θ2.
(3)n＝.
第2课时 实验：测量玻璃的折射率
【学习目标】
1．会测量玻璃等材料的折射率，通过实验体会光线模型的建构过程。
【知识梳理】
一、测定玻璃的折射率
1．实验思路
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．实验过程
问题1：怎样确定与入射光线AO 相对应的折射光线OO′？
方法：
在木板上面铺一张白纸，把玻璃砖放在纸上，描出玻璃砖的两个边a 和 a′(如上图)。然后，在玻璃砖的一侧插两个大头针A、B，AB 的延长线与直线a 的交点就是O。眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B 把 A 挡住，这样大头针A、B 就确定了射入玻璃砖的光线。
在眼睛这一侧再插第三个大头针C，使它把A、B 都挡住，插第四个大头针D，使它把前三个大头针都挡住，那么，后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线。
3．数据处理
(1)方法一：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)方法二：图象法
以sinθ1值为横坐标、sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如右图所示．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)方法三：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＝＝。
4．误差分析
(1)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
(2)玻璃砖移动
5．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)在实验的过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变，更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。
【考点研析】
1．由某种透明物质制成的等腰直角棱镜AOB，两腰都为16 cm，且两腰与Ox与Oy轴都重合，如图所示，从BO边的C点注视A点，发现A点的位置在D点，在C、D两点插上大头针，测出C点的坐标为(0，12)，D点的坐标为(9，0)，由此可以算出该透明物质的折射率为多大？
解析：假设从A点发出一条光线射在C点，经折射后，射入眼睛．当逆着折射光线看去，好似光线是从D点射出．
sin θ1＝cos∠ACO＝＝
sin θ2＝cos ∠DCO＝＝
所以，该透明物质的折射率
n＝＝＝.
答案：
2．(多选)某同学用插针法测定玻璃砖的折射率，他的实验方法和操作步骤准确无误，但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa′与bb′不平行，则( )
A．入射光线与出射光线两条直线平行
B．入射光线与出射光线两条直线不平行
C．他测出的折射率偏大
D．他测出的折射率不受影响
【解析】
如图所示，在光线由aa′进入玻璃砖的偏折现象中，由折射定律知：n＝.在光线由bb′射出玻璃砖的偏折现象中，同理，n＝.若aa′与bb′平行，则i＝β，因此，α＝r，此时入射光线AO与出射光线O′B平行．若aa′与bb′不平行，则i≠β，因此，α≠r.此时入射光线AO与出射光线O′B不平行，选项B正确．在具体测定折射率时，要求实验方法、光路均准确无误，折射率的测量值不受aa′与bb′是否平行的影响，选项D正确．故正确答案为B、D.
【答案】 BD
3．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，如下图甲所示．
(1)在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＝________(保留3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，如上图乙所示．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________(填“A”或“B”)．
解析：(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点，并延长与玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方向．光路如图所示．
(2)设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为i，折射角为r，则sini＝＝0.798，sinr＝＝0.521
所以玻璃的折射率n＝＝＝1.53
(3)由题图乙可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A.
答案：(1)见解析
(2)1.53(说明：±0.03范围内都可) (3)A
4．一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的(光线不能通过此表面)．现要测定此玻璃的折射率．给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻度的直角三角板、量角器．
实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直．在纸上画出直线aa′和bb′，aa′表示镀银的玻璃表面，bb′表示另一表面，如图所示．然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图)．用P1、P2的连线表示入射光线．
(1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？试在题图中标出P3、P4的位置．
(2)然后，移去玻璃砖与大头针．试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤．
(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式．
【解析】 (1)在bb′一侧观察P1、P2(经过bb′折射aa′反射，再经bb′折射后)的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2的像；再插上P4，让它挡住P2(或P1)的像和P3.P3、P4的位置如图．
(2)①过P1、P2作直线与bb′交于O；
②过P3、P4作直线与bb′交于O′；
③利用刻度尺找到OO′的中点M；
④过O点作bb′的垂线CD，过M点作bb′的垂线与aa′相交于N，如图所示，连接ON；
⑤∠P1OD＝θ1，∠CON＝θ2.
(3)n＝.