【全程复习】(广西专用)2014年高考物理一轮复习 第十四章 实验一测定玻璃的折射率课件 新人教版.ppt

实验一 测定玻璃的折射率 1 1理解插针法测定玻璃折射率的原理理解插针法测定玻璃折射率的原理2 2会用插针法测定玻璃的折射率会用插针法测定玻璃的折射率如图所示，当光线如图所示，当光线AOAO以一定的入射角以一定的入射角1 1穿过两面平行的玻璃砖穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线时，通过插针法找出跟入射光线AOAO对应的出射光线对应的出射光线OBOB，从而，从而得到折射光线得到折射光线OOOO和折射角和折射角2 2，再根据，再根据 算出玻璃的折算出玻璃的折射率射率.平木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺、三角平木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺、三角板、铅笔板、铅笔一、实验步骤一、实验步骤1.1.固定白纸画三线固定白纸画三线（1 1）用图钉将白纸固定在平木板上）用图钉将白纸固定在平木板上.（2 2）用直尺画出界面线）用直尺画出界面线aaaa、法线、法线NNNN、入射光线、入射光线AO.AO.2.2.放砖画出下界面放砖画出下界面（1 1）将玻璃砖长边跟）将玻璃砖长边跟aaaa对齐对齐.（2 2）在另一侧用铅笔点上两个点）在另一侧用铅笔点上两个点.（3 3）撤掉玻璃砖，用直尺、铅笔画出下界面）撤掉玻璃砖，用直尺、铅笔画出下界面bb,bb,再重新放好再重新放好玻璃砖玻璃砖.3.3.插针确定出射光线插针确定出射光线（1 1）在）在AOAO上竖直插上两枚大头针上竖直插上两枚大头针P P1 1、P P2 2.（2 2）透过玻璃砖观察）透过玻璃砖观察P P1 1、P P2 2的像，调整视线方向直到的像，调整视线方向直到P P2 2的像挡的像挡住住P P1 1的像的像.（3 3）再在观察者一侧先后竖直插上大头针）再在观察者一侧先后竖直插上大头针P P3 3、P P4 4,使使P P3 3挡住挡住P P1 1、P P2 2的像，的像，P P4 4挡住挡住P P3 3及及P P1 1、P P2 2的像的像.4.4.撤针、撤砖、画光线撤针、撤砖、画光线过过P P3 3、P P4 4画光线，交画光线，交bbbb于于OO点，连接点，连接OOOO即为折射光线即为折射光线.5.5.量角记入表格内量角记入表格内6.6.改变入射光线重复实验改变入射光线重复实验1 1sinsin1 12 2sinsin2 2n n1 130302 245453 360604 47575二、数据处理二、数据处理1.1.可以先确定好入射角如可以先确定好入射角如3030、4545、6060等，测出相对应的等，测出相对应的折射角，分别记录在表格里折射角，分别记录在表格里2.2.通过查表得到入射角和折射角的正弦值通过查表得到入射角和折射角的正弦值.计算每次测量的折射计算每次测量的折射率，最后求平均值作为被测玻璃砖的折射率率，最后求平均值作为被测玻璃砖的折射率1 1用量角器测量用量角器测量1 1、2 2时会出现误差时会出现误差2 2作光路图时会出现误差：出射光线方向，两界面线与玻璃砖作光路图时会出现误差：出射光线方向，两界面线与玻璃砖两侧面的对应程度，入射点、出射点的确定两侧面的对应程度，入射点、出射点的确定3.3.观察观察P P1 1、P P2 2像及确定像及确定P P3 3、P P4 4位置时会出现误差位置时会出现误差1 1大头针竖直插在纸上，且间距要稍大一些，以便于确定光线大头针竖直插在纸上，且间距要稍大一些，以便于确定光线走向，以减小确定光路方向时出现的误差走向，以减小确定光路方向时出现的误差2.2.入射角不宜太大，也不宜太小，否则会使测量误差加大，一入射角不宜太大，也不宜太小，否则会使测量误差加大，一般在般在15157575之间之间3.3.实验中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变实验中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变4.4.玻璃砖要厚一些，便于观察大头针的像玻璃砖要厚一些，便于观察大头针的像5.5.在操作时，手不能触玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖在操作时，手不能触玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线界面当尺子画界线1.1.仪器改进仪器改进本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖，如三棱镜、半圆本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖，如三棱镜、半圆形玻璃砖等，则出射光线和入射光线不平行，但一样能测出其形玻璃砖等，则出射光线和入射光线不平行，但一样能测出其折射率折射率.2.2.数据处理方法改进数据处理方法改进（1 1）单位圆法：在不使用量角器的情况下，可以用单位圆法）单位圆法：在不使用量角器的情况下，可以用单位圆法.以入射点以入射点O O为圆心，以一定长度为圆心，以一定长度R R为半径画圆，交入射光线为半径画圆，交入射光线AOAO于于E E点，交折射光线点，交折射光线OOOO于于EE点，过点，过E E作作NNNN的垂线的垂线EHEH，过，过EE作作NNNN的垂线的垂线EH.EH.如图所示如图所示.由图中关系由图中关系 则则 只要用直尺测出只要用直尺测出EHEH、EHEH的长度就可以的长度就可以求出求出n.n.（2 2）图象法：改变不同的入射角）图象法：改变不同的入射角1 1，测出不同的折射角，测出不同的折射角2 2，作作sinsin1 1-sin-sin2 2图象，由图象，由 可知图象应为直线，如图可知图象应为直线，如图所示，其斜率为折射率所示，其斜率为折射率.3.3.全反射法测定折射率全反射法测定折射率（1 1）原理：全反射现象）原理：全反射现象.（2 2）方法：将一块半圆形玻璃砖放在水平面上（如图所示），）方法：将一块半圆形玻璃砖放在水平面上（如图所示），将一束光线垂直于玻璃砖直径平面射入圆心将一束光线垂直于玻璃砖直径平面射入圆心O O，以，以O O为转轴在水为转轴在水平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过角时，观察者在玻角时，观察者在玻璃砖平面一侧恰看不到出射光线，这样就可以知道该玻璃砖的璃砖平面一侧恰看不到出射光线，这样就可以知道该玻璃砖的折射率折射率n n的大小，的大小，应用全反射法测定折射率应用全反射法测定折射率【例证例证1 1】（20112011天津高考）某同学用大头针、天津高考）某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率，三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率，开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P P1 1、P P2 2与圆心与圆心O O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心直径边，然后使玻璃砖绕圆心O O缓缓转动，同时在玻璃砖的直径缓缓转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察边一侧观察P P1 1、P P2 2的像，且的像，且P P2 2的像挡住的像挡住P P1 1的像，如此观察，当玻的像，如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失，此时只须测量璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失，此时只须测量出出 ，即可计算出玻璃砖的折射率，请用你的测量量表，即可计算出玻璃砖的折射率，请用你的测量量表示出折射率示出折射率n=n=.【规范解答规范解答】若半圆形玻璃砖转过若半圆形玻璃砖转过角时在半圆形玻璃砖直径角时在半圆形玻璃砖直径一侧恰好看不到一侧恰好看不到P P1 1、P P2 2的像，则此时刚好发生全反射的像，则此时刚好发生全反射.设过设过P P1 1、P P2 2的光线在玻璃砖内的入射角为的光线在玻璃砖内的入射角为，在空气中折射角为，在空气中折射角为9090，根据折射定律有：根据折射定律有：因此，只要测量出因此，只要测量出，即可求出玻璃砖的折射，即可求出玻璃砖的折射率率 答案：答案：玻璃砖直径边绕玻璃砖直径边绕O O点转过的角度点转过的角度 应用单位圆法处理实验数据应用单位圆法处理实验数据【例证例证2 2】在测定玻璃折射率的实验中，某同学由在测定玻璃折射率的实验中，某同学由于没有量角器，在完成了光路图以后，以于没有量角器，在完成了光路图以后，以O O点为圆点为圆心，以心，以10.00 cm10.00 cm长为半径画圆，分别交线段长为半径画圆，分别交线段OAOA于于A A点，交点，交O O和和OO连线延长线于连线延长线于C C点，过点，过A A点作法线点作法线NNNN的垂线的垂线ABAB交交NNNN于于B B点，过点，过C C点作法线点作法线NNNN的垂线的垂线CDCD交交NNNN于于D D点，如图所示点，如图所示.用刻度尺量得用刻度尺量得OBOB8.00 cm8.00 cm，CDCD4.00 cm4.00 cm，请由以上条件得出玻璃的折射率，请由以上条件得出玻璃的折射率.（请写出必要（请写出必要的分析和推算过程）的分析和推算过程）【规范解答规范解答】本实验是测定玻璃的折射率，根据题意，在没有本实验是测定玻璃的折射率，根据题意，在没有量角器的情况下采用单位圆法，即以量角器的情况下采用单位圆法，即以O O点为圆心，以点为圆心，以10.00 cm10.00 cm长长为半径画圆，如题图所示为半径画圆，如题图所示.设设AOB=AOB=1 1，COD=COD=2 2，因此有：，因此有：则玻璃的折射率则玻璃的折射率在在RtOABRtOAB中，中，AB=6 cmAB=6 cm，因此玻璃的折射率：，因此玻璃的折射率：答案：答案：见规范解答见规范解答1 1（20102010福建高考）某同学利用福建高考）某同学利用“插针法插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行.正确操作后，作出的光路图及测出的相关角正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示度如图所示.（1 1）此玻璃的折射率计算式为）此玻璃的折射率计算式为n=n=（用图中的（用图中的1 1、2 2表示）；表示）；（2 2）如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减）如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度小误差，应选用宽度 （填（填“大大”或或“小小”）的玻璃砖）的玻璃砖来测量来测量.【解析解析】由题图知，入射角由题图知，入射角i=90i=901 1，折射角，折射角r=90r=902 2，因此折射率因此折射率 在实验中选用宽度大的在实验中选用宽度大的玻璃砖来测量，可减小实验误差，因此宽度选用玻璃砖来测量，可减小实验误差，因此宽度选用“大大”的的.答案：答案：（1 1）（2 2）大）大2.2.某同学用圆柱形玻璃砖做测定玻璃折射率某同学用圆柱形玻璃砖做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好圆柱形玻璃砖，在的实验，先在白纸上放好圆柱形玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针玻璃砖的一侧插上两枚大头针P P1 1和和P P2 2，然后，然后在圆柱形玻璃砖另一侧观察，调整视线使在圆柱形玻璃砖另一侧观察，调整视线使P P1 1的像被的像被P P2 2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针针P P3 3、P P4 4，使，使P P3 3挡住挡住P P1 1、P P2 2的像，的像，P P4 4挡住挡住P P3 3和和P P1 1、P P2 2的像，在纸上的像，在纸上标出的大头针位置和圆柱形玻璃砖的边界如图所示标出的大头针位置和圆柱形玻璃砖的边界如图所示.（1 1）在图上画出所需的光路）在图上画出所需的光路（2 2）为了测量出玻璃砖折射率，需要测量的物理量有）为了测量出玻璃砖折射率，需要测量的物理量有_（要求在图上标出）（要求在图上标出）.（3 3）写出计算折射率的公式）写出计算折射率的公式.【解析解析】（1 1）光路如图所示）光路如图所示.（2 2）需要测量的物理量为）需要测量的物理量为i i1 1和和r r1 1或或i i2 2和和r r2 2.（3 3）由折射率的公式可得）由折射率的公式可得 或或 答案：答案：见解析见解析3.3.（20122012成都模拟）如图，把玻璃砖放在成都模拟）如图，把玻璃砖放在木板上，下面垫一白纸，在白纸上描出玻璃木板上，下面垫一白纸，在白纸上描出玻璃砖的两个边砖的两个边a a和和a.a.然后在玻璃砖的一侧插然后在玻璃砖的一侧插两个大头针两个大头针A A、B B，ABAB的延长线与直线的延长线与直线a a的交的交点为点为O.O.眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B B把把A A挡住挡住.如如果在眼睛这一侧再插第三个大头针果在眼睛这一侧再插第三个大头针C C，使它把，使它把A A、B B都挡住，插第都挡住，插第四个大头针四个大头针D D，使它把前三个都挡住，那么后两个大头针就确定，使它把前三个都挡住，那么后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线了从玻璃砖射出的光线.在白纸上描出光线的径迹，要计算玻璃在白纸上描出光线的径迹，要计算玻璃砖的折射率需要测量的物理量是图中的砖的折射率需要测量的物理量是图中的 ；为了减小实；为了减小实验误差，入射角应验误差，入射角应 .（填（填“大些大些”或或“小些小些”）.【解析解析】根据根据 分析可知，要计算玻璃砖的折射率需要测分析可知，要计算玻璃砖的折射率需要测量量和和；因角度大一些，测量误差就会小一些，故入射角应；因角度大一些，测量误差就会小一些，故入射角应大些大些.答案：答案：和和 大些大些4 4（20122012泉州模拟）在做测定玻璃折射率的泉州模拟）在做测定玻璃折射率的实验时：实验时：（1 1）甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面）甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面abab和和cdcd时，不慎碰了玻璃砖，使它向时，不慎碰了玻璃砖，使它向abab方向平移了一些，如图方向平移了一些，如图所示，其后的操作都正确，但画光路图时，将折射点确定在所示，其后的操作都正确，但画光路图时，将折射点确定在abab和和cdcd上，则测出的上，则测出的n n值将值将 （填（填“变大变大”、“不变不变”或或“变小变小”）（2 2）乙同学为了避免笔尖接触玻璃面，画出的）乙同学为了避免笔尖接触玻璃面，画出的abab和和cdcd都比实际侧面向外侧平移了一些都比实际侧面向外侧平移了一些,如图所示，以后的操作均正如图所示，以后的操作均正确，画光路图时将入射点和折射点都确定在确，画光路图时将入射点和折射点都确定在abab和和cdcd上，上，则测出的则测出的n n值将值将 （填（填“变大变大”、“不变不变”或或“变小变小”）.【解析解析】（1 1）设入射光线分别交玻璃砖上表面和）设入射光线分别交玻璃砖上表面和abab于于F F和和O O，出，出射光线分别交玻璃砖下表面和射光线分别交玻璃砖下表面和cdcd于于E E和和OO，如图所示，如图所示.由平面几何知由平面几何知OOEFOOEF为一平行四边形，分别在为一平行四边形，分别在O O和和F F点画的入射点画的入射角和折射角都相等，因此画光路图时，将折射点确定在角和折射角都相等，因此画光路图时，将折射点确定在abab和和cdcd上，测出的上，测出的n n值将值将“不变不变”.（2 2）根据题中的情况，作出相应光路图，如图所示，从图中可）根据题中的情况，作出相应光路图，如图所示，从图中可看出在该同学的操作下看出在该同学的操作下.使入射点使入射点O O1 1向左移，折射点向左移，折射点O O2 2向右移，所画出的折射角向右移，所画出的折射角rr比实比实际折射角际折射角r r偏大，而入射角又不变，由偏大，而入射角又不变，由 知，测得的折射知，测得的折射率将率将“变小变小”.答案：答案：（1 1）不变）不变 （2 2）变小）变小5 5一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的（光线不能通过此表面）（光线不能通过此表面）.现要测定此玻璃的折射率现要测定此玻璃的折射率.给定的器给定的器材有：白纸、钢笔、大头针材有：白纸、钢笔、大头针4 4枚（枚（P P1 1、P P2 2、P P3 3、P P4 4）、带有刻度）、带有刻度的直角三角板、量角器的直角三角板、量角器.实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直述两个相互平行的表面与纸面垂直.在纸上画出直线在纸上画出直线aaaa和和bbbb，aaaa表示镀银的玻璃表面，表示镀银的玻璃表面，bbbb表示另一表面，然后，在白表示另一表面，然后，在白纸上竖直插上两枚大头针纸上竖直插上两枚大头针P P1 1、P P2 2，如图所示，用，如图所示，用P P1 1、P P2 2的连线表的连线表示入射光线示入射光线.（1 1）为了测量折射率，应如何正确使用大头针）为了测量折射率，应如何正确使用大头针P P3 3、P P4 4？试在题？试在题图中标出图中标出P P3 3、P P4 4的位置的位置.（2 2）然后，移去玻璃砖与大头针）然后，移去玻璃砖与大头针.试在题图中通过作图的方法试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角标出光线从空气到玻璃中的入射角1 1与折射角与折射角2 2.简要写出作简要写出作图步骤图步骤.（3 3）写出用）写出用1 1、2 2表示的折射率公式为表示的折射率公式为n=n=.【解析解析】（1 1）在）在bbbb一侧观察一侧观察P P1 1、P P2 2（由（由P P1 1、P P2 2发出的光经发出的光经bbbb折射，再经折射，再经aaaa反射，最后经反射，最后经bbbb折射后射出）的像，在折射后射出）的像，在适当的位置插上适当的位置插上P P3 3，使得，使得P P3 3挡住挡住P P1 1、P P2 2的像（在一条直线上），的像（在一条直线上），再插上再插上P P4 4，让它挡住，让它挡住P P2 2（或（或P P1 1）的像和）的像和P P3 3.如图所示如图所示.（2 2）过过P P1 1、P P2 2作直线与作直线与bbbb交于交于O O；过过P P3 3、P P4 4作直线与作直线与bbbb交于交于OO；利用三角板找到利用三角板找到OOOO的中点的中点M M；过过O O点作点作bbbb的垂的垂线线CDCD，过，过M M点作点作bbbb的垂线与的垂线与aaaa相交于相交于N N，连结，连结ONON；则则P P1 1OD=OD=1 1，CON=CON=2 2.（3 3）由折射率的公式得：）由折射率的公式得：.答案：答案：（1 1）、（）、（2 2）见解析）见解析 （3 3）6.6.（20122012赣州模拟）利用插针法可以测量赣州模拟）利用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率半圆柱形玻璃砖的折射率.实验方法如下：在实验方法如下：在白纸上作一直线白纸上作一直线MNMN，并作出它的一条垂线，并作出它的一条垂线ABAB，将半圆柱形玻璃砖（底面的圆心为将半圆柱形玻璃砖（底面的圆心为O O）放在白）放在白纸上，它的直边与直线纸上，它的直边与直线MNMN对齐，在垂线对齐，在垂线ABAB上竖直插两个大头针上竖直插两个大头针P P1 1和和P P2 2（如图所示），然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的（如图所示），然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针，可以确定光线大头针，可以确定光线P P1 1P P2 2通过玻璃砖后的光路，从而求出玻璃通过玻璃砖后的光路，从而求出玻璃砖的折射率砖的折射率.实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外，还有量角器等大头针外，还有量角器等.（1 1）某学生用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的垂线）某学生用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的垂线ABAB上插上插P P1 1、P P2 2两枚大头针，但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内，不两枚大头针，但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖同时看到管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖同时看到P P1 1、P P2 2的像，原因的像，原因是是 ，他应该采取的措施是，他应该采取的措施是 .（2 2）为了确定光线）为了确定光线P P1 1P P2 2通过玻璃砖后的光路，在玻璃砖的右侧，通过玻璃砖后的光路，在玻璃砖的右侧，最少应插最少应插 枚大头针枚大头针.（3 3）请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置，）请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置，并用并用“”表示，作出光路图表示，作出光路图.为了计算折射率，应该测量的量为了计算折射率，应该测量的量（在光路图上标出）有：（在光路图上标出）有：，计算折射率的公式是，计算折射率的公式是 .【解析解析】（1 1）光线）光线P P1 1P P2 2垂直于界面进入半圆柱形玻璃砖，不偏垂直于界面进入半圆柱形玻璃砖，不偏折，直接射至半圆界面，当到达圆弧面上的入射角大于临界角折，直接射至半圆界面，当到达圆弧面上的入射角大于临界角时，发生全反射现象，光不能从圆弧面折射出来，向上移动半时，发生全反射现象，光不能从圆弧面折射出来，向上移动半圆柱形玻璃砖，使到达圆弧面上的光线入射角小于临界角圆柱形玻璃砖，使到达圆弧面上的光线入射角小于临界角.（2 2）由于入射光线射至半圆界面为一入射点，要确定折射光线）由于入射光线射至半圆界面为一入射点，要确定折射光线再有一个点即可，因此最少应插再有一个点即可，因此最少应插1 1枚大头针，如图所示枚大头针，如图所示.（3 3）光在圆弧面上）光在圆弧面上D D点发生折射，法线为点发生折射，法线为ODOD直线，测出入射角直线，测出入射角i i和折射角和折射角r r，折射率，折射率 .答案：答案：见解析见解析