高中物理：4.2《測(cè)定介質(zhì)的折射率》教案粵教版選修3-4

1、測(cè)定介質(zhì)的折射率教案【重要知識(shí)提示】1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原?1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定玻璃的折射率，掌握光發(fā)生折射時(shí)入射角和折射角的確定方法。(2) 實(shí)驗(yàn)原理。如圖 3-80 所示，用插針?lè)ㄕ页雠c入射光線AO對(duì)應(yīng)的出射光線OB，確定出O點(diǎn)，畫(huà)出折射光線 00，然后測(cè)量出角 和 ，根據(jù) nsin計(jì)算玻璃的折射率。sin2 實(shí)驗(yàn)器材白紙，圖釘，大頭針，直尺，鉛筆，量角器，平木板，長(zhǎng)方形玻璃磚。3 實(shí)驗(yàn)步驟及調(diào)整安裝(1) 將白紙用圖釘按在繪圖板上。(2) 在白紙上畫(huà)出一條直線 aa作為界面( 線 ) ，過(guò) aa上的一點(diǎn)O畫(huà)出界面的法線NN，并畫(huà)一條線段AO作為入射光線。(3)把長(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上，使它的長(zhǎng)

2、邊跟aa對(duì)齊，畫(huà)出玻璃磚的另一邊NN(4) 在直線 AO上豎直插上兩枚大頭針 P1、 P2，透過(guò)玻璃磚觀察大頭針 Pl 、P2 的像，調(diào)整視線方向，直到P2 檔住 P1 的像。再在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、 P4，使 P3 檔住 Pl 、 P2 的像，P4 檔住 P3 及 P1 、P2 的像，記下P3、 P4 的位置。(5) 移去大頭針和玻璃磚，過(guò) P3、P4 所在處作直線 OB，與 bb交于 0，直線 0B就代表了沿 AO方向入射的光線通過(guò)玻璃磚后的傳播方向。(6) 連接 00，入射角 a=AON，折射角 =O'ON。用量角器量出入射角和折射角，從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值，把

3、這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中。(7) 用上述方法分別求出入射角分別為000時(shí)的折射角，查出它們的正弦值，填30 、45、 60人表格中。(8) 算出不同入射角時(shí)的比值面sin，最后求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測(cè)面sin的平均值，即sinsin為玻璃磚折射率的測(cè)量值。4 注意事項(xiàng)(1) 實(shí)驗(yàn)時(shí)， 盡可能將大頭針豎直插在紙上， 且 P1 和 P2 之間、 P2 與 O點(diǎn)之間、 P3 與 P4 之間、 P3 與 0之間距離要稍大一些。(2) 入射角 a 應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測(cè)量角度的誤差。但入射角不宜太大，也不宜太小。(3) 在操作時(shí)，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面。更不能用玻璃磚界面代替直尺畫(huà)界線。(4)

4、在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚與白紙的相對(duì)位置不能改變。(5) 玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上。若寬度太小，則測(cè)量誤差較大。5數(shù)據(jù)處理及誤差分析此實(shí)驗(yàn)是通過(guò)測(cè)量入射角和折射角，然后查數(shù)學(xué)用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代人 nsin中求玻璃的折射率。除運(yùn)用此方法之外，還有以下處理數(shù)據(jù)的方法：sin用心愛(ài)心專(zhuān)心處理方式 (1) ：在找到人射光線和折射光線以后，以入射點(diǎn)0 為圓心，以任意長(zhǎng)為半徑畫(huà)圓，分別與 AO交于 C 點(diǎn)，與 00( 或 00的延長(zhǎng)線 ) 交于 D點(diǎn)，過(guò) C、 D 兩點(diǎn)分別向NNl 作垂線，交NN于 C、D，用直尺量出CC和 DD的長(zhǎng)。如圖3-81 所示。由于 sinCC&#

5、39;DD'，sin而 CO=DOCODO所以折射率sinCC 'n1DD 'sin重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，求得各次折射率計(jì)算值，然后求其平均值即為玻璃磚折射率的測(cè)量值：處理方式 (2) ：根據(jù)折射定律可得sinnsin因此有sin1 sinnsina 值為橫坐標(biāo)、在多次改變?nèi)肷浣?、測(cè)量相對(duì)應(yīng)的入射角和折射角正弦值基礎(chǔ)上，以以 sin 值為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系。如圖3-82 所示。描數(shù)據(jù)點(diǎn)，過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得一條過(guò)原點(diǎn)的直線。求解圖線斜率，設(shè)斜率為1。k，則 k7Zn故玻璃磚折射率1nk【典型范例導(dǎo)析】【例 1】某同學(xué)用插針?lè)y(cè)定玻璃磚的折射率，他的實(shí)驗(yàn)方法和操作步驟正確無(wú)誤。但他

6、處理實(shí)驗(yàn)記錄時(shí)發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個(gè)光學(xué)面aa與 bb不平行，如圖3-83 所示。則：A P1P2 與 P3P4 兩條直線平行B P1P2 與 P3P4 兩條直線不平行C他測(cè)出的折射率偏大D他測(cè)出的折射率不受影響解析如圖3-83 所示在光線由繃面進(jìn)入玻璃磚的偏折現(xiàn)象中：由折射定律nsinsin在光線由bb射出玻璃磚的現(xiàn)象中，同理nsinsin i若 aa與 bb平行，則 i= ，因此 = 。此時(shí)入射光線 AO與出射光線 OB平行。若 aa與 bb不平行，則 i ，因此 。此時(shí)入射光線 AO與出射光線 OB不平行。選項(xiàng) B 正確。用心愛(ài)心專(zhuān)心在具體測(cè)定折射率時(shí)，要求實(shí)驗(yàn)方法、光路均準(zhǔn)確無(wú)誤，折射率的測(cè)

7、量值應(yīng)不受 aa與bb是否平行的影響，選項(xiàng) D 正確。答案： B、 D點(diǎn)評(píng) (1)入射光線與出射光線是否平行，取決于玻璃磚兩界面aa與 bb是否平行。(2) 利用插針?lè)ù_定光的入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，從而確定入射光線和折射光線。此方法可適合應(yīng)用平行玻璃磚、棱鏡、圓柱形玻璃體等。【例 2】 在利用插針?lè)y(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中：(1)甲同學(xué)在紙上正確畫(huà)出玻璃磚的兩個(gè)界面aa和 bb后，不自覺(jué)地碰了玻璃磚使它向 aa方向平移了少許，如圖3-84 所示。則他測(cè)出的折射率值將_( 選填“偏大”、“偏小”或“不變” ) ；(2)乙同學(xué)在畫(huà)界面時(shí)，不自覺(jué)地將兩界面aa、 bb間距畫(huà)得比玻璃磚寬度大些，如圖 3-8

8、5所示，則他測(cè)得折射率_( 選填“偏大”、“偏小”或“不變” ) 。解析 (1) 如圖 3-86 所示，甲同學(xué)利用插針?lè)ù_定入射光線、折射光線后，測(cè)得的入射角、折射角沒(méi)有受到影響，因此測(cè)得的折射率將不變。(2) 如圖 3-87 所示，乙同學(xué)利用插針?lè)ù_定人射光線、折射光線后，測(cè)得的入射角不受影響，但測(cè)得的折射角比真實(shí)的折射角偏大，因此測(cè)得的折射率偏小。【能力跟蹤訓(xùn)練】1 一位同學(xué)模仿用玻璃磚測(cè)定玻璃折射率方法，改用玻璃三棱鏡測(cè)定玻璃的折射率，他的主要步驟如下：A在白紙上放一玻璃三棱鏡并畫(huà)出它的三邊，AB、 BC和 CA；B以 AB 界面畫(huà)一條線段DO作為人射線，并在DO上豎直地插上兩枚大頭針P

9、1 和 P2；C在 AC 的一側(cè)豎直地插上大頭針P3 時(shí)，用眼睛觀察并調(diào)整視線使P3 同時(shí)能擋住P1P2 的像；D同樣，在AC的一側(cè)再豎直地插上大頭針P4 時(shí)，用眼睛觀察并調(diào)整視線使P4 同時(shí)能擋住 P3和 P1 P 2的像；E 記下 P3、 P4 的位置移去玻璃三棱鏡，過(guò)P3P4 引直線 O'E 與 AC交于 O，過(guò) 0 點(diǎn)畫(huà)界面用心愛(ài)心專(zhuān)心AB的法線 NN。你能否根據(jù)他的實(shí)驗(yàn)記錄測(cè)出玻璃的折射率 ?若能，請(qǐng)你在圖3-88 上標(biāo)出入射角和折射角，并用三角函數(shù)值表示玻璃的折射率。2在用插針?lè)y(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)操作步驟如下：將記錄光路的白紙鋪放在平木板上；手拿玻璃磚的毛面或

10、棱，將其輕放在白紙上；用鉛筆環(huán)繞玻璃磚畫(huà)出邊界aa和 bb；在 aa上選擇一點(diǎn)0，作為不同入射角的入射光線的共同入射點(diǎn)，畫(huà)出入射角i分別為 00、 300、 45。 的入射光線；用“插針?lè)ā狈謩e得到各條入射光線的折射光線，觀察時(shí)著重看大頭針針帽是否在一條直線上，取下玻璃磚，大頭針，連接各針孔，發(fā)現(xiàn)所畫(huà)折射光線中有兩條相交，量出各個(gè)折射角 r ；按公式分別計(jì)算sin i ，取三個(gè)值的算術(shù)平均值。sin以上步驟中有錯(cuò)誤或不妥之處的是_；應(yīng)改正為：_。3 在測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)一塊兩面平行的玻璃磚，用插針?lè)ㄕ页雠c入射光線對(duì)應(yīng)的出射光線，現(xiàn)有甲、乙、丙、丁四位同學(xué)分別做出如圖3-89 所示的四

11、組插針結(jié)果。從圖上看，肯定把大頭針插錯(cuò)了的同學(xué)是_。從圖上看，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度最高的同學(xué)是_。4某同學(xué)在做測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中，記錄如圖3-90 所示， P1、 P2、 P3、 P4 為大頭針位置，如果aa和bb畫(huà)得不嚴(yán)格與折射面平行，畫(huà)成圖示中虛線位置，則使得折射率_( 選填“偏大”、“偏小”或“不變”) 。5 某同學(xué)在測(cè)定一厚度均勻的圓柱形玻璃的折射率時(shí)，先在白紙上作一與玻璃圓柱同半徑的圓，圓心為 0，將玻璃圓柱平放在白紙上，使其邊界與所畫(huà)的圓重合，在玻璃一側(cè)豎直插兩枚大頭針 P1 和 P2，在另一側(cè)再先后插兩枚大頭針P3 和P4，使從另一側(cè)隔著玻璃觀察時(shí)，大頭針P4、 P3 和 P2 、P1 的像恰好在一條直線上，移去玻璃圓柱和大頭針后，在白紙上得到如圖 3-91 所示，在圖中畫(huà)出：沿 P1、 P2 連線方向的入射線通過(guò)圓形玻璃后的傳播方向；光線在玻璃內(nèi)的傳播方向；在光線的入射點(diǎn)作法線，標(biāo)出入射角 和折射角 ；寫(xiě)出計(jì)算玻璃折射率的公式(不必計(jì)算 )。用心愛(ài)心專(zhuān)心【答案與提示】1能根據(jù)該同學(xué)的記錄測(cè)定玻璃的折射率，如圖3-9