高中物理：4.2《測定介質(zhì)的折射率》教案粵教版選修3-4

1、測定介質(zhì)的折射率教案【重要知識提示】1 實驗?zāi)康?、原?1) 實驗?zāi)康臏y定玻璃的折射率，掌握光發(fā)生折射時入射角和折射角的確定方法。(2) 實驗原理。如圖 3-80 所示，用插針法找出與入射光線AO對應(yīng)的出射光線OB，確定出O點，畫出折射光線 00，然后測量出角 和 ，根據(jù) nsin計算玻璃的折射率。sin2 實驗器材白紙，圖釘，大頭針，直尺，鉛筆，量角器，平木板，長方形玻璃磚。3 實驗步驟及調(diào)整安裝(1) 將白紙用圖釘按在繪圖板上。(2) 在白紙上畫出一條直線 aa作為界面( 線 ) ，過 aa上的一點O畫出界面的法線NN，并畫一條線段AO作為入射光線。(3)把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長

2、邊跟aa對齊，畫出玻璃磚的另一邊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 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)計的表格中。(7) 用上述方法分別求出入射角分別為000時的折射角，查出它們的正弦值，填30 、45、 60人表格中。(8) 算出不同入射角時的比值面sin，最后求出在幾次實驗中所測面sin的平均值，即sinsin為玻璃磚折射率的測量值。4 注意事項(1) 實驗時， 盡可能將大頭針豎直插在紙上， 且 P1 和 P2 之間、 P2 與 O點之間、 P3 與 P4 之間、 P3 與 0之間距離要稍大一些。(2) 入射角 a 應(yīng)適當大一些，以減小測量角度的誤差。但入射角不宜太大，也不宜太小。(3) 在操作時，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界線。(4)

4、在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。(5) 玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上。若寬度太小，則測量誤差較大。5數(shù)據(jù)處理及誤差分析此實驗是通過測量入射角和折射角，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。除運用此方法之外，還有以下處理數(shù)據(jù)的方法：sin用心愛心專心處理方式 (1) ：在找到人射光線和折射光線以后，以入射點0 為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與 AO交于 C 點，與 00( 或 00的延長線 ) 交于 D點，過 C、 D 兩點分別向NNl 作垂線，交NN于 C、D，用直尺量出CC和 DD的長。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)以上實驗，求得各次折射率計算值，然后求其平均值即為玻璃磚折射率的測量值：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、在多次改變?nèi)肷浣?、測量相對應(yīng)的入射角和折射角正弦值基礎(chǔ)上，以以 sin 值為縱坐標，建立直角坐標系。如圖3-82 所示。描數(shù)據(jù)點，過數(shù)據(jù)點連線得一條過原點的直線。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)用插針法測定玻璃磚的折射率，他的實驗方法和操作步驟正確無誤。但他

6、處理實驗記錄時發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個光學(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他測出的折射率偏大D他測出的折射率不受影響解析如圖3-83 所示在光線由繃面進入玻璃磚的偏折現(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 。此時入射光線 AO與出射光線 OB不平行。選項 B 正確。用心愛心專心在具體測定折射率時，要求實驗方法、光路均準確無誤，折射率的測

7、量值應(yīng)不受 aa與bb是否平行的影響，選項 D 正確。答案： B、 D點評 (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) 利用插針法確定光的入射點和出射點，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?！纠?2】 在利用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中：(1)甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個界面aa和 bb后，不自覺地碰了玻璃磚使它向 aa方向平移了少許，如圖3-84 所示。則他測出的折射率值將_( 選填“偏大”、“偏小”或“不變” ) ；(2)乙同學(xué)在畫界面時，不自覺地將兩界面aa、 bb間距畫得比玻璃磚寬度大些，如圖 3-8

8、5所示，則他測得折射率_( 選填“偏大”、“偏小”或“不變” ) 。解析 (1) 如圖 3-86 所示，甲同學(xué)利用插針法確定入射光線、折射光線后，測得的入射角、折射角沒有受到影響，因此測得的折射率將不變。(2) 如圖 3-87 所示，乙同學(xué)利用插針法確定人射光線、折射光線后，測得的入射角不受影響，但測得的折射角比真實的折射角偏大，因此測得的折射率偏小?！灸芰Ω櫽?xùn)練】1 一位同學(xué)模仿用玻璃磚測定玻璃折射率方法，改用玻璃三棱鏡測定玻璃的折射率，他的主要步驟如下：A在白紙上放一玻璃三棱鏡并畫出它的三邊，AB、 BC和 CA；B以 AB 界面畫一條線段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，用眼睛觀察并調(diào)整視線使P3 同時能擋住P1P2 的像；D同樣，在AC的一側(cè)再豎直地插上大頭針P4 時，用眼睛觀察并調(diào)整視線使P4 同時能擋住 P3和 P1 P 2的像；E 記下 P3、 P4 的位置移去玻璃三棱鏡，過P3P4 引直線 O'E 與 AC交于 O，過 0 點畫界面用心愛心專心AB的法線 NN。你能否根據(jù)他的實驗記錄測出玻璃的折射率 ?若能，請你在圖3-88 上標出入射角和折射角，并用三角函數(shù)值表示玻璃的折射率。2在用插針法測定玻璃的折射率的實驗中，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)繞玻璃磚畫出邊界aa和 bb；在 aa上選擇一點0，作為不同入射角的入射光線的共同入射點，畫出入射角i分別為 00、 300、 45。 的入射光線；用“插針法”分別得到各條入射光線的折射光線，觀察時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)所畫折射光線中有兩條相交，量出各個折射角 r ；按公式分別計算sin i ，取三個值的算術(shù)平均值。sin以上步驟中有錯誤或不妥之處的是_；應(yīng)改正為：_。3 在測定玻璃的折射率的實驗中，對一塊兩面平行的玻璃磚，用插針法找出與入射光線對應(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，肯定把大頭針插錯了的同學(xué)是_。從圖上看，測量結(jié)果準確度最高的同學(xué)是_。4某同學(xué)在做測定玻璃的折射率實驗中，記錄如圖3-90 所示， P1、 P2、 P3、 P4 為大頭針位置，如果aa和bb畫得不嚴格與折射面平行，畫成圖示中虛線位置，則使得折射率_( 選填“偏大”、“偏小”或“不變”) 。5 某同學(xué)在測定一厚度均勻的圓柱形玻璃的折射率時，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，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，在圖中畫出：沿 P1、 P2 連線方向的入射線通過圓形玻璃后的傳播方向；光線在玻璃內(nèi)的傳播方向；在光線的入射點作法線，標出入射角 和折射角 ；寫出計算玻璃折射率的公式(不必計算 )。用心愛心專心【答案與提示】1能根據(jù)該同學(xué)的記錄測定玻璃的折射率，如圖3-9