第十四章實(shí)驗(yàn)十五學(xué)案

1、實(shí)驗(yàn)十五測定玻璃的折射率過好雙基關(guān)回扣基礎(chǔ)知識訓(xùn)練基礎(chǔ)蠱目O基本實(shí)驗(yàn)要求1. 實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示，當(dāng)光線 AO以一定的入射角 91穿過兩面平行的玻璃磚時(shí)，通過插針法找出跟入 射光線AO對應(yīng)的出射光線 0 ' B,從而求出折射光線 00 '和折射角 9,再根據(jù)n=警或sin 9盎計(jì)算出玻璃的折射率2. 實(shí)驗(yàn)器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆3. 實(shí)驗(yàn)步驟(1) 用圖釘把白紙固定在木板上在白紙上畫一條直線 aa'，并取aa'上的一點(diǎn)0為入射點(diǎn)，作過 0點(diǎn)的法線MM '.(3) 畫出線段A0作為入射光線，并在 A0上插上Pi、P2兩根大

2、頭針(4) 在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊與直線aa'對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb'.(5) 眼睛在bb'的一側(cè)透過玻璃磚觀察兩個(gè)大頭針并調(diào)整視線方向，使Pi的像被P2的像擋住，然后在眼睛這一側(cè)插上大頭針P3,使P3擋住Pi、P2的像，再插上P4,使P4擋住P3和Pi、P2的像.移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線0 ' B及出射點(diǎn)0',連接0、0'得線段00'.用量角器測量入射角9和折射角 9,并查出其正弦值 sin 9和sin 9.sin 9(8)改變?nèi)肷浣?，重?fù)實(shí)驗(yàn)，算出不同入射角時(shí)的92，

3、并取平均值O規(guī)律方法總結(jié)1. 數(shù)據(jù)處理計(jì)算法：用量角器測量入射角 煩和折射角(2，并查出其正弦值sin ®和sin虹算出不同入 射角時(shí)的叫1，并取平均值sin 62(2) 作sin 0i- sin 6圖象：改變不同的入射角6,測出不同的折射角6,作sin 6 sin 6的圖象，由n=也可知圖象應(yīng)是過原點(diǎn)的直線，如圖2所示，其斜率為折射率.sin 62圖2(3) “單位圓”法確定 sin 6、sin 6,計(jì)算折射率n.以入射點(diǎn)0為圓心，以一定的長度 R為半徑畫圓，交入射光線AO于E點(diǎn)，交折射光線00 '于E'點(diǎn)，過E作NN '的垂線EH ,過E '作NN

4、'的垂線E ' H ',如圖3所示，sinEHOE，sin (6= EOE-，0E=0E、R，則n=氐=E_E.只要用刻度尺量出EH、E' H的長度就可以求出n.B圖32. 注意事項(xiàng)(1) 用手拿玻璃磚時(shí)，手只能接觸玻璃磚的毛面或棱，不能觸摸光潔的光學(xué)面，嚴(yán)禁把玻璃磚 當(dāng)尺子畫玻璃磚的另一邊bb '.(2) 實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚在紙上的位置不可移動(dòng)(3) 大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上，且玻璃磚每兩枚大頭針 Pl與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)大點(diǎn)，以減小確定光路方向時(shí)造成的誤差.(4) 實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角不宜過小，否則會使測量誤差過大，也不宜過大，否則在bb '

5、; 一側(cè)將看不到Pi、P2的像.命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1 如圖4所示，某同學(xué)用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心0,在玻璃磚（圖中實(shí)線部分）另一側(cè)垂直紙面插大頭針 P3,使P3擋住Pl、P2的像，連接0P3，圖中MN為分界線，虛線半圓與玻 璃磚對稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn)，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點(diǎn).（1）設(shè)AB的長度為li，A0的長度為12，CD的長度為13，D0的長度為14，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量 ，則玻璃磚的折射率可表示為 .（2）該同學(xué)在插大頭針 P3前不小

6、心將玻璃磚以 0為圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)過一小角度，由此測得玻璃磚的折射率將 （選填“偏大” “偏小”或“不變”）.|1答案 （1）li和l3 T偏大|3解析（1）sin 5=卡, sin （2 = 737，因此玻璃磚的折射率 n = s =，因此只需測量liBOCOsin e?止 l3C0和I 3即可.li是不變的，即入射角不變，而13減（2）玻璃磚順時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度，在處理數(shù)據(jù)時(shí)，認(rèn)為小，所以測量值n=嚴(yán)將偏大.13變式1 某同學(xué)利用“插針法”測定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行.正確操作后，作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖5所示.圖5（1）此玻璃的折射率計(jì)算式為n =（用圖中的01、也表示）.

7、（2）如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇, 或“小”）的玻璃磚來測量“大”答案解析sin 90 0或sin 90。一 0大光線由空氣射入玻璃的入射角i= 90° 0,cos 0 cos-0得:sin in =sin r為了減小誤差，應(yīng)選用寬度折射角r = 90。一0,由折射率的定義可sin 90 0 cos 0sin 90。一 0 =亦.（2）根據(jù)平行玻璃磚對光線的影響可知，玻璃磚寬度越大,側(cè)移量越大，折射角的測量誤差越小變式2在用插針法測定玻璃磚的折射率的實(shí)驗(yàn)中，甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面aa'、bb '與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖6、和所示，其中甲、

8、丙兩同學(xué)用的是矩形玻璃磚，乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚 他們的其他操作均正確， 且均以aa'、bb'為界面畫光路b1（1）甲同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比“偏大”“偏小”或a -nV ”不變)（2）乙同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比“偏大”“偏小”或a -nV ”不變)（3）丙同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比答案 （1）偏小 （2）不變可能偏大、可能偏小、可能不變（2）用題圖測定折射率解析（1）用題圖測定折射率時(shí)，測出的折射角偏大，折射率偏小;時(shí)，只要操作正確，則測得的折射率與真實(shí)值相同;（3）用題圖測定折射率時(shí)，無法確定折射光線偏折角與真實(shí)值的大小關(guān)系，所以測得的折射率可能偏大、可能偏小、可

9、能不變 變式3】（2018河南省鄭州市第三次質(zhì)量預(yù)測）某同學(xué)利用“插針法”測定平行玻璃磚的折射率，在坐標(biāo)紙上記錄的情況如圖7所示，虛線為以入射點(diǎn) O為圓心作出的圓，由此計(jì)算出玻璃磚的折射率為 ,光在玻璃中的傳播速度為 m/s.（光在真空中的傳播速度答案 1.52.0X 108圖7解析玻璃磚的折射率為n =黑=光在玻璃中的傳播速度8c 3.0 X 108v= 一= m/s = 2.0X10 m/s.n 1.5命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新例2】某同學(xué)測量玻璃磚的折射率，準(zhǔn)備了下列器材：激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚.如圖8所示，直尺與玻璃磚平行放置，激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點(diǎn)射向

10、玻璃磚表面，在直尺上觀察到A、B兩個(gè)光點(diǎn)，讀出 OA間的距離為20.00 cm , AB間的距離為6.00 cm，測得圖中直尺到玻璃磚上表面距離10.00 cm，玻璃磚厚度d2= 4.00 cm.玻璃的折射率n =m/s（光在真空中傳播速度c8=3.0X10 m/s,，光在玻璃中傳播速度v=答案 1.22.5X 108解析 作出光路圖如圖所示，根據(jù)幾何知識可得入射角i = 45°設(shè)折射角為r，則tan r = 3,故折射率n=鷲 1.2,故V=和25X 108皿變式4】某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率.開始玻璃磚的位置如圖9中實(shí)線所示，使大頭針 P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直 徑邊，然后使玻璃磚繞圓心 O緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察PP2的像，且此時(shí)只需P2的像擋住Pl的像如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時(shí)，上述現(xiàn)象恰好消失測量出答案玻璃磚直徑邊繞