第12章第4課時(shí) 實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率.ppt

1、2012新課程高中物理總復(fù)習(xí)第一輪,福建省魯科版,光學(xué) 相對(duì)論簡(jiǎn)介,實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率,第十二章,1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1)會(huì)用插針?lè)y(cè)定玻璃的折射率. (2)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12-4-1所示，用插針?lè)ㄕ页鋈肷涔饩€AO對(duì)應(yīng)的出射光線OB，確定出射點(diǎn)O，畫(huà)出折射光線OO，然后測(cè)量出入射角1和折射角2， 根據(jù)計(jì)算玻璃的折射率.,圖12-4-1,3.實(shí)驗(yàn)器材 白紙、圖釘、大頭針、直尺、三角板、鉛筆、量角器、平木板、長(zhǎng)方形玻璃磚. 4.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)將白紙用圖釘固定在平木板上.,(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

2、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)邊跟aa對(duì)齊，畫(huà)出玻璃磚的另一邊bb.,(4)在直線AO上豎直插入兩枚大頭針P1、P2，透過(guò)玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線方向，直到P2擋住P1的像.再在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住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O，直線OB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OO，入射角1=AON,折射角2=OON.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

3、值，把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中. (7)算出不同入射角時(shí)的值，比較一下，看它們是否接近一個(gè)常數(shù)， 求出幾次測(cè)得的的平均值，作為測(cè)得的玻璃的折射率.,5.注意事項(xiàng) (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P2與O之間、P3與P4之間、P3與O之間距離要稍大一些. (2)入射角1應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測(cè)量角度的誤差.但不宜太大，也不宜太小，1應(yīng)在30到60之間為宜.,(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)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚與白紙的位置都不能改變. (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.,6.

4、誤差分析主要誤差有兩個(gè)： (1)入射光線和出射光線確定得不夠精確，因此要求插大頭針時(shí)兩大頭針間距應(yīng)較大. (2)入射角、折射角測(cè)量得不精確，為減小測(cè)量角度時(shí)的相對(duì)誤差，入射角要稍大些，但不宜太大，否則光線會(huì)從玻璃磚的側(cè)面射出，并且入射角太大時(shí)，反射光較強(qiáng)，折射光會(huì)相對(duì)較弱.,用插針?lè)y(cè)折射率的方法 用三棱鏡做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像，在紙上標(biāo)出大頭針位置和三棱鏡輪廓.如圖12-4-2所示

5、.,(1)在本題的圖上畫(huà)出所需的光路. (2)為了測(cè)出棱鏡玻璃的折射率，需要測(cè)量的量是，在圖上標(biāo)出它們. (3)計(jì)算折射率的公式是n=.,圖12-4-2,(1)如下圖所示，連接P1、P2交AB于O點(diǎn)，連接P3、P4交AC于O點(diǎn)，連接OO，過(guò)O點(diǎn)作AB面的法線MN，延長(zhǎng)OO到G點(diǎn)，使OG=OE，過(guò)E點(diǎn)作法線MN的垂線交MN于F點(diǎn)，過(guò)G點(diǎn)作法線MN的垂線交MN于H點(diǎn).,(2)量出線段EF和GH的長(zhǎng). (3)由折射定律 因?yàn)樽鲌D時(shí)量得OG=OE，所以玻璃的折射率為n=.,測(cè)定玻璃的折射率時(shí)，所給的玻璃磚不一定是平行的，也可能是三角形的、圓形的等等，測(cè)量方法沒(méi)有改變，但思維有了遷移.本題也可以通過(guò)直接

6、測(cè)量入射角1和折射角2來(lái)計(jì)算玻璃的折射率.,變式訓(xùn)練1：如圖12-4-3所示，畫(huà)有直角坐標(biāo)系xOy的白紙位于水平桌面上，M是放在白紙上的半圓形玻璃磚，其底面的圓心在坐標(biāo)的原點(diǎn)，下邊直徑與x軸重合，OA是畫(huà)在紙上的直線，P1、P2為豎直地插在直線OA上的兩枚大頭針，P3是豎直地插在紙上的第三枚大頭針，是直線OA與y軸正方向的夾角，是直線OP3與y軸負(fù)方向的夾角，只要直線OA畫(huà)得合適，且P3的位置取得正確，測(cè)得角和，便可求得玻璃的折射率.,圖12-4-3,某學(xué)生利用上述方法測(cè)量玻璃的折射率時(shí)，在他畫(huà)出的直線OA上豎直插上了P1、P2兩枚大頭針，但在y0的區(qū)域內(nèi)，不管眼睛放在何處，都無(wú)法透過(guò)玻璃磚看

7、到P1、P2的像，他應(yīng)該采取的措施是.若他已透過(guò)玻璃磚看到了P1、P2的像，確定P3位置的方法是.若他已正確地測(cè)得了、的值，則玻璃的折射率n= .,解析：這是一道利用光的折射知識(shí)進(jìn)行介質(zhì)玻璃折射率測(cè)量的實(shí)驗(yàn)題 某同學(xué)在y0的區(qū)域內(nèi)，不管眼睛放在何處，都無(wú)法透過(guò)玻璃磚看到P1、P2的像，只能說(shuō)明光在從玻璃向空氣傳播時(shí)因入射角過(guò)大而發(fā)生了全反射，采取的措施是另畫(huà)一條更靠近y軸正方向的直線OA，把大頭針P1、P2豎直地插在所畫(huà)的直線上，直到在y0的區(qū)域內(nèi)透過(guò)玻璃磚能看到P1、P2的像若該同學(xué)透過(guò)玻璃磚已看到了P1、P2的像，確定P3位置的方法是插上大頭針P3，使P3剛好能擋住P1、P2的像 若該同學(xué)

8、已正確地測(cè)得了a、b的值，由光的折射定律知，玻璃的折射率n= .,測(cè)折射率的其他方法 用如圖12-4-4所示的裝置可以測(cè)定玻璃的折射率.在光具盤(pán)上固定一塊半圓柱形玻璃磚，使玻璃磚與圓盤(pán)的圓心重合.讓激光束從玻璃磚圓弧面一側(cè)射入，光束垂直玻璃磚底面并通過(guò)圓心O，保持入射光束方向不變，以圓心為軸逆時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)動(dòng)光具盤(pán)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)有兩束光在光具盤(pán)上移動(dòng)，當(dāng)光具盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)=30角時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中一束光恰好消失，求新型玻璃磚的折射率n.,本題是利用全反射測(cè)玻璃磚的折射率. 由題意知，臨界角C=30， 由sinC=得， .,圖12-4-4,基礎(chǔ)訓(xùn)練,1.某同學(xué)做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用他測(cè)定的多組入射角q1與折

9、射角q2，作出sinq1-sinq2圖像如圖1245所示，下列判斷中不正確的是( ) A他做實(shí)驗(yàn)時(shí)，光線是從空氣射入玻璃的 B玻璃折射率為0.67 C玻璃折射率為1.5 D玻璃臨界角的正弦值為0.67,圖1245,B,基礎(chǔ)訓(xùn)練,2.如圖1246所示，用插針?lè)y(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中，以下各說(shuō)法中正確的是( ) AP1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度 BP1、P2及P3、P4之間的距離取得小些，可以提高準(zhǔn)確度 C入射角q1越大，實(shí)際準(zhǔn)確度越高 D若入射角q1趨于90，則不能 透過(guò)玻璃看到入射光線,圖1246,基礎(chǔ)訓(xùn)練,解析：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中的入射光線和折射光線都是通過(guò)隔著玻璃磚觀察一

10、直線后確定的，相互間的距離太小，容易出現(xiàn)偏差，A正確；入射角適當(dāng)大些，相應(yīng)的折射角也增大，折射現(xiàn)象較明顯，容易測(cè)量些，但不宜太大；由于光通過(guò)玻璃磚時(shí)，各相關(guān)角度是互相制約著的，其出射角恒等于入射角，而對(duì)于入射角的界面，光線是由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，折射角必小于入射角，當(dāng)入射角趨于最大值90，折射角也趨于最大值C，而對(duì)于出射的界面，在玻璃磚內(nèi)的折射光線的入射角最大值也只能為C，根據(jù)光路可逆原理，出射角最大趨于90，即始終能透過(guò)玻璃磚看到入射光線，D錯(cuò),基礎(chǔ)訓(xùn)練,3.某同學(xué)利用“插針?lè)ā睖y(cè)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(cè)出的相關(guān)角度如圖1247所示 (1)此玻璃的折

11、射率計(jì)算式為n=_(用圖中的q1、q2表示)； (2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應(yīng)選 用寬度_(填“大”或“小”)的 玻璃磚來(lái)測(cè)量,圖1247,大,基礎(chǔ)訓(xùn)練,4.如圖1248所示：一半圓形玻璃磚外面插上P1、P2、P3、P4四枚大頭針時(shí)，P3、P4恰可擋住P1、P2所成的像，則該玻璃磚的折射率n=_有一同學(xué)把大頭針插在P1、P2位置時(shí)，沿著P4、P3的方向看不到大頭針的像，其原因是_.,圖1248,1.73,經(jīng)過(guò)P1P2的光線在界面MN處發(fā)生了全反射,基礎(chǔ)訓(xùn)練,5.某同學(xué)由于沒(méi)有量角器，在完成了光路圖后，以O(shè)點(diǎn)為圓心，10.00cm為半徑畫(huà)圓，分別交線段OA于A

12、點(diǎn)，交線段OO的延長(zhǎng)線于C點(diǎn)，過(guò)A點(diǎn)作法線NN的垂線AB交NN于B點(diǎn)，過(guò)C點(diǎn)作法線NN的垂線CD交NN于D點(diǎn)，如圖1249所示 用刻度尺量得OB=8.00cm， CD=4.00cm，由此可得 出玻璃的折射率n=_.,圖1249,基礎(chǔ)訓(xùn)練,提升訓(xùn)練,6.利用插針?lè)y(cè)玻璃的折射率，實(shí)驗(yàn)中先將玻璃磚固定在水平桌面上的白紙上，畫(huà)出玻璃磚兩側(cè)界面MN、PQ，在玻璃磚的一側(cè)插好P1、P2大頭針后，某同學(xué)發(fā)現(xiàn)在P1、P2的同側(cè)通過(guò)玻璃磚在如圖12410所示的位置也可觀察到P1、P2的像，于是他在白紙上插大頭針P3，使P3擋住P2、P1的像，,圖12410,提升訓(xùn)練,同樣的方法，他又插入大頭針P4，使P4擋住

13、P3和P2、P1的像，取走玻璃磚，P1、P2連線交MN于O點(diǎn)，P3、P4連線交MN于O點(diǎn)測(cè)出P1、P2連線與MN間的夾角a=30，玻璃磚的厚度h=2.00cm，OO兩點(diǎn)間的距離l=3.00cm，則玻璃磚的折射率為_(kāi)(結(jié)果保留3位有效數(shù)字),提升訓(xùn)練,提升訓(xùn)練,7.學(xué)校開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組的同學(xué)們根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量液體折射率的儀器如圖12411所示，在一個(gè)圓盤(pán)上，過(guò)其圓心O作兩條互相垂直的線BC、EF，在半徑OA上，垂直盤(pán)面插上兩枚大頭針P1、P2并保持P1、P2位置不變每次測(cè)量時(shí)讓圓盤(pán)的下半部分豎直插入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，,圖12411,