高考物理月刊專版 專題11 光學(xué)綜合 測定玻璃的折射率課件

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1、一、實驗?zāi)康囊弧嶒災(zāi)康?測定玻璃的折射率測定玻璃的折射率2學(xué)會用插針法確定光路學(xué)會用插針法確定光路二、實驗原理二、實驗原理 如圖實如圖實11所示，當光線所示，當光線AO1以一定的入射角以一定的入射角1穿過兩面平穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線入射光線AO1對應(yīng)的出射光線對應(yīng)的出射光線O2B，從而求出折射光線從而求出折射光線O1O2和折射角和折射角2，再根據(jù)再根據(jù)n 或或n 算出玻璃的折射率算出玻璃的折射率圖實圖實11三、實驗器材三、實驗器材 玻璃磚、白紙、木板、大頭針、圖釘、量角器玻璃磚、白紙、木板、大頭針、圖釘、量角器(或圓規(guī)或圓規(guī))、三角板、

2、鉛筆三角板、鉛筆四、實驗步驟四、實驗步驟1.如圖實如圖實12所示，所示， 把白紙鋪在木板上把白紙鋪在木板上2在白紙上畫一直線在白紙上畫一直線aa 作為界面，過作為界面，過aa上的上的 一點一點O畫出界面的法線畫出界面的法線NN， 并畫一條線段并畫一條線段AO作為入射光線作為入射光線圖實圖實123把長方形玻璃磚放在白紙上，并使其長邊與把長方形玻璃磚放在白紙上，并使其長邊與aa重合，再重合，再 用直尺畫出玻璃磚的另一邊用直尺畫出玻璃磚的另一邊bb.4在線段在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2.5從玻璃磚從玻璃磚bb一側(cè)透過玻璃磚觀察大頭針一側(cè)透過玻璃磚觀察大頭針P1、P

3、2的像，調(diào)的像，調(diào) 整視線的方向直到整視線的方向直到P1的像被的像被P2的像擋住再在的像擋住再在bb一側(cè)插一側(cè)插 上兩枚大頭針上兩枚大頭針P3、P4，使，使P3能擋住能擋住P1、P2的像，的像，P4能擋住能擋住P3 本身及本身及P1、P2的像的像6移去玻璃磚，在拔掉移去玻璃磚，在拔掉P1、P2、P3、P4的同時分別記下它們的同時分別記下它們 的位置，過的位置，過P3、P4作直線作直線OB交交bb于于O.連接連接O、O， OO就是玻璃磚內(nèi)折射光線的方向就是玻璃磚內(nèi)折射光線的方向AON為入射角，為入射角， OON 為折射角為折射角7改變?nèi)肷浣?，重?fù)實驗改變?nèi)肷浣?，重?fù)實驗五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理1

4、計算法：用量角器測量入射角計算法：用量角器測量入射角1和折射角和折射角2，并查出其，并查出其 正弦值正弦值sin1和和sin2.算出不同入射角時的算出不同入射角時的 并取平均并取平均值值2作作sin1sin2圖象：改變不同的圖象：改變不同的 入射角入射角1，測出不同的折射角，測出不同的折射角2， 作作sinsin2圖象，由圖象，由n 可知可知 圖象應(yīng)為直線，如圖實圖象應(yīng)為直線，如圖實13所示，所示， 其斜率為折射率其斜率為折射率圖實圖實133“單位圓法單位圓法”確定確定sin1、sin2， 計算折射率計算折射率n. 以入射點以入射點O為圓心，以一定長度為圓心，以一定長度 R為半徑畫圓，交入射光

5、線為半徑畫圓，交入射光線OA于于E點，點， 交折射光線交折射光線OO于于E點，過點，過E作作NN 的垂線的垂線EH，過，過E作作NN的垂線的垂線EH. 如圖實如圖實104所示，所示，sin1 sin2 OEOER，則，則n 只要用刻度尺測出只要用刻度尺測出EH、EH的長度就可以求出的長度就可以求出n.圖實圖實14六、注意事項六、注意事項1實驗時，應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上，且實驗時，應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和和P2之間、之間、 P3和和P4之間、之間、P2與與O、P3與與O之間距離要稍大一些之間距離要稍大一些2入射角入射角1不宜太大不宜太大(接近接近90)，也不宜太小，也不宜太小

6、(接近接近0) 太大：反射光較強，出射光較弱；太?。喝肷浣恰⒄凵浣翘螅悍瓷涔廨^強，出射光較弱；太?。喝肷浣恰⒄凵浣?測量的相對誤差較大測量的相對誤差較大3操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面，更不能把操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面，更不能把 玻璃磚界面當尺子畫界線玻璃磚界面當尺子畫界線4實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變實驗過程中，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，宜在玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5 cm以上，若寬度太小，以上，若寬度太小， 則測量誤差較大則測量誤差較大七、誤差分析七、誤差分析1入射光線、出射光線確定的準確性造成誤差，故入射側(cè)、入射光線、出

7、射光線確定的準確性造成誤差，故入射側(cè)、 出射側(cè)所插兩枚大頭針間距應(yīng)大一些出射側(cè)所插兩枚大頭針間距應(yīng)大一些2入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應(yīng)適當大些，入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應(yīng)適當大些， 以減小測量的相對誤差以減小測量的相對誤差八、實驗改進八、實驗改進 本實驗可用半圓形玻璃磚代替長方形玻璃磚，做法如下：本實驗可用半圓形玻璃磚代替長方形玻璃磚，做法如下： 在平鋪的白紙上垂直紙面插在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針大頭針P1、P2，確定入射光線，并，確定入射光線，并讓入射光線過圓心讓入射光線過圓心O，在玻璃磚另，在玻璃磚另一側(cè)垂直紙面插大頭針一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使，使P3擋擋

8、住住P1、P2的像，連接的像，連接OP3，作光路圖，作光路圖如圖實如圖實15所示則折射率所示則折射率n圖實圖實15 如圖實如圖實16所示，所示，用插針法測定玻璃折射率的實驗中，用插針法測定玻璃折射率的實驗中，以下各說法中正確的是以下各說法中正確的是 () AP1、P2及及P3、P4之間的距離之間的距離適當大些，可以提高準確度適當大些，可以提高準確度 BP1、P2及及P3、P4之間的距離取之間的距離取得小些，可以提高準確度得小些，可以提高準確度圖實圖實16 C入射角入射角1適當大些可以提高準確度適當大些可以提高準確度 D入射角太大，折射光線會在玻璃磚的內(nèi)表面發(fā)生全入射角太大，折射光線會在玻璃磚的

9、內(nèi)表面發(fā)生全反射，使實驗無法進行反射，使實驗無法進行 EP1、P2的間距，入射角的大小均與實驗的準確度無關(guān)的間距，入射角的大小均與實驗的準確度無關(guān) 解題指導(dǎo)解題指導(dǎo)因為實驗中的入射光線和折射光線都是因為實驗中的入射光線和折射光線都是通過隔著玻璃磚觀察成一直線后確定的，大頭針相互間的距離通過隔著玻璃磚觀察成一直線后確定的，大頭針相互間的距離太小，容易出現(xiàn)偏差，太小，容易出現(xiàn)偏差，A正確、正確、B錯誤；錯誤； 入射角適當大些，相應(yīng)的折射角也增大，折射現(xiàn)象較明入射角適當大些，相應(yīng)的折射角也增大，折射現(xiàn)象較明顯，容易測量些，顯，容易測量些，C正確、正確、E錯誤；錯誤； 由于光通過玻璃磚時，各相關(guān)角度是

10、互相制約著的，由于光通過玻璃磚時，各相關(guān)角度是互相制約著的，其出其出 射角恒等于入射角，而對于入射角的界面，光線是從射角恒等于入射角，而對于入射角的界面，光線是從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，折射角必小于入射角，當入射角趨光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，折射角必小于入射角，當入射角趨于最大值于最大值90，折射角也趨于最大值，折射角也趨于最大值C，而對于出射的界面，而對于出射的界面，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，根據(jù)光路可逆原理，出射角最大也趨于路可逆原理，出射角最大也趨于90，即始終能透過玻璃磚，即始終能透過玻璃磚看到入射光線，看到入射光線，D錯

11、錯答案答案 AC 學(xué)校開展研究性學(xué)習(xí)，學(xué)校開展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識，某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識，設(shè)計了一個測量液體折射率的儀器，設(shè)計了一個測量液體折射率的儀器，如圖實如圖實17所示在一圓盤上，過其所示在一圓盤上，過其圓心圓心O作兩條互相垂直的直徑作兩條互相垂直的直徑BC、EF，圖實圖實17在半徑在半徑OA上，垂直盤面插下兩枚大頭針上，垂直盤面插下兩枚大頭針P1、P2，并保持，并保持P1、P2位置不變，每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中，位置不變，每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中，而且總使得液面與直徑而且總使得液面與直徑BC相平，相平，EF作為界面

12、的法線，而后在作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針的像，并在圓周上插上大頭針P3，使使P3正好擋住正好擋住P1、P2的像同學(xué)們通過計算，預(yù)先在圓周的像同學(xué)們通過計算，預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值，則：直接讀出液體折射率的值，則： (1)若若AOF30，OP3與與OC的夾角為的夾角為30，則，則P3處所對應(yīng)的處所對應(yīng)的折射率的值為折射率的值為_(2)圖中圖中P3、P4兩位置，兩位置，_處所對應(yīng)的折射率值大處所對應(yīng)的折射率值大 (

13、3)作作AO的延長線交圓周于的延長線交圓周于K，K處所對應(yīng)的折射率值應(yīng)為處所對應(yīng)的折射率值應(yīng)為_ 解題指導(dǎo)解題指導(dǎo)本題考查利用插針法測定液體的折射率本題考查利用插針法測定液體的折射率和對折射率的理解和對折射率的理解 (1)根據(jù)折射定律根據(jù)折射定律n 題中題中160，2AOF30，所以，所以n 1.73. (2)圖中圖中P4對應(yīng)的入射角大于對應(yīng)的入射角大于P3所對應(yīng)的入射角，所以所對應(yīng)的入射角，所以P4對應(yīng)的折射率大對應(yīng)的折射率大 (3)因因A、O、K在一條直線上，入射角等于折射角，所在一條直線上，入射角等于折射角，所以以K處對應(yīng)的折射率為處對應(yīng)的折射率為1.答案答案 (1)1.73(2)P4(3)1