高中新教材人教版物理课件 选择性必修第一册 第四章 光 实验：测量玻璃的折射率.pptx

实验实验:测量玻璃的折射率测量玻璃的折射率 第四章第四章 内容索引 01 02 03 实验探究实验探究 新知导学新知导学 典例精讲典例精讲 释疑解惑释疑解惑 随堂练习随堂练习 课标定位 素养阐释 1.知道测量玻璃的折射率的原理、方法、步骤。2.知道实验误差产生的原因和减小误差的方法。3.会计算折射率及折射率的平均值。1.理解测量折射率的原理,形成物理观念。2.通过实验操作、数据处理等,培养实验探究能力。3.通过作图、误差分析等,形成科学态度。实验探究实验探究 新知导学新知导学 1.实验原理 用插针法确定光路,找出与入射光线相应的出射光线,就能在玻璃砖中画出对应的折射光线,从而可以测出一组对应的入射角和折射角,根据折射定律,便可求出玻璃的折射率。2.实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(34枚)、量角器、刻度尺、铅笔。3.操作步骤(1)把白纸用图钉钉在木板上。(2)用刻度尺画一条平行于玻璃砖一个面的 一条线aa作为界面,过aa上一点O作垂直于 aa的直线NN作为法线,过O点画一条入射光 线AO,使入射角1适当大些,如图所示。(3)在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2,在白纸上放上被测玻璃砖,使玻璃砖的一个面与aa重合。(4)沿玻璃砖的另一侧面用刻度尺画一条直线bb。(5)在玻璃砖的bb一侧白纸上竖直地立一枚大头针P3,调整视线,同时移动大头针P3的位置,当P3恰好能同时挡住玻璃砖aa一侧所插的大头针P1、P2的像时,把大头针P3插好。(6)在玻璃砖bb一侧再竖直地插一枚大头针P4,使P4能挡住P3本身,同时也能挡住P1、P2的像。(7)记下P3、P4的位置,移去玻璃砖,拔去大头针,过P3、P4连一条直线BO交bb于O点,连接OO,OO就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线,折射角为2。(8)用量角器量出入射角1和折射角2的大小。(9)改变入射角1,重复上面的步骤再做几次,量出相应的入射角和折射角。4.数据处理(1)计算法:通过多次测量入射角和折射角,得出多组入射角和折射角的正弦值,再代入n=中求出多个n的值,然后取其平均值,即为玻璃砖的折射率。(2)单位圆法:以入射点O为圆心,以一定长度r为半径画圆,交入 射光线OA于E点,交折射光线OO于E点,过E作NN的 垂线EH,过E作NN的垂线EH,分别交NN于点H、H,如图所示。sin 1sin 2 由图中关系知 sin 1=,sin 2=,lOE=lOE=r,则 n=sin 1sin 2=,只要用刻度尺测出 EH、EH的长度就可以求出 n。(3)图像法:求出多组对应的入射角与折射角的正弦值,作出sin 1-sin 2图像,由n=可知图像应为直线,如图所示,图像的斜率为折射率。sin 1sin 2 5.注意事项(1)实验中,玻璃砖在纸上的位置不可移动。(2)不能用手触摸玻璃砖的光滑面,更不能把玻璃砖当尺子用。(3)大头针应竖直插在白纸上,且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些,以减小确定光路方向时造成的误差。(4)实验中入射角不宜过小或过大,否则会使测量误差增大。典例精讲典例精讲 释疑解惑释疑解惑 知识点一知识点一 实验原理与操作实验原理与操作【例题1】测量玻璃的折射率的实验中,在白纸上放好玻璃砖,aa和bb分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,用“+”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插上大头针P3和P4。(1)在插P3和P4时,应使 (选填选项前的字母)。A.P3只挡住P1的像 B.P4只挡住P3 C.P3同时挡住P1、P2的像 D.P4挡住P3及P1、P2的像(2)按(1)中的做法确定大头针P3和P4的位置,请将光路图补充完整,并在图中标出需要测量的量,则玻璃砖的折射率可表示为n=。(用图中标出的测量量表示)答案:(1)CD(2)见解析图(需要测量的量是图中 i 和 r)sinsin 解析:(1)实验的过程中,要先在白纸上放好玻璃砖,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在玻璃砖另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,使P4挡住P3和P1、P2的像,故C、D正确。(2)光路图如图所示,根据折射定律可知需要测量入射角和折射角,即测量的量是图中i和r。由折射定律有n=。sinsin 科学思维 本实验关键是找出对应入射光线的出射光线,从而画出光在玻璃中的折射光线。题目考查了学生对实验原理的理解、对实验操作的把握等,体现了“物理观念”和“实验探究”的学科素养。知识点二知识点二 实验数据处理实验数据处理【例题2】在测量玻璃的折射率实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图甲所示。(1)请在图乙中画出完整的光路图。(2)对画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=(保留3位有效数字)。(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图丙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应出射光线上的2枚大头针是P3和 (选填“A”或“B”)。答案:(1)如图所示 (2)1.53(0.03范围内均可)(3)A 解析:(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长,与玻璃砖两平行边分别相交,标出传播方向,然后连接玻璃砖边界的两交点,即为光线在玻璃砖中的传播线路。(2)设方格纸上正方形的边长为 1,光线的入射角为 1,折射角为 2,则 sin 1=5.3 5.32+42=0.798,sin 2=2.2 2.22+3.62=0.521,所以该玻璃砖的折射率 n=sin 1sin 2=0.7980.521=1.53。(3)由题图可知,光线P1P2入射到玻璃砖上时,相当于光线射到了一个三棱镜上,因此出射光线将向底边偏折,所以出射光线过P3和A。科学思维 在实验过程中要保持认真严谨的态度,通过规范作图和科学的数据处理,培养“科学态度与责任”的学科素养。知识点三知识点三 实验拓展与创新实验拓展与创新【例题3】用三棱镜做测量玻璃的折射率的实验,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的一侧插入两枚大头 针P1和P2,然后在棱镜的另一侧观察,调整视线使P1的 像被P2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头 针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P1、P2的像和 P3,在纸上标出大头针的位置和三棱镜轮廓,如图所示。(1)在图上画出所需的光路图;(2)为了测出该三棱镜的折射率,需要测量的物理量是 ,在图上标出它们;(3)计算折射率的公式是n=。答案:(1)光路图见解析图(2)入射角1、折射角2(或EF和OE、GH和OG)如解析中图所示(3)sin 1sin 2 或 解析:(1)光路图如图所示,画出通过P1、P2的入射光 线,交AC于O,画出通过P3、P4的出射光线交AB于O,连接OO,则光线OO就是入射光线P1P2在三棱镜中 的折射光线。(2)在所画的图上画出虚线部分,并注明入射角1 和折射角2,用量角器量出1和2(或用刻度尺测出 线段EF、OE、GH、OG的长度)。(3)n=sin 1sin 2 或因为 sin 1=,sin 2=,则=科学思维“测量玻璃折射率”实验中,也可以用三棱镜、半圆形玻璃砖等进行测量。实验中只要利用“插针法”定出入射光线和出射光线,其与界面的交点就是入射点和出射点,连接入射点和出射点就能作出折射光线,一样可以测出折射率。随堂练习随堂练习 1.(实验拓展)在用“插针法”测量玻璃砖折射率的实验中,实验方法和步骤完全正确,但测后发现玻璃砖的两个光学面不平行,则()A.入射光线与出射光线一定不平行,测量值偏大 B.入射光线与出射光线一定不平行,测量值偏小 C.入射光线与出射光线一定不平行,测量值仍然正确 D.入射光线与出射光线可能平行,测量值仍然正确 答案:C 解析:只要实验方法和步骤完全正确,测量值的准确性与玻璃砖的两个光学面是否平行没有关系。2.(实验误差分析)测定玻璃的折射率时,为了减小实验误差,下列分析错误的是()A.玻璃砖的宽度宜大些 B.入射角应尽量小些 C.大头针应垂直地插在纸面上 D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些 答案:B 解析:根据实验的注意事项及误差因素可知选项A、C、D正确;B项中的入射角应尽量大些而不是小些,故B错。3.(实验数据处理)(多选)某同学做测定玻璃折射率实验时,用他测得的多组入射角与折射角作出sin 1-sin 2图像如图所示,若1为入射角,2为折射角,则下列判断正确的是()A.光线是从空气射入玻璃中 B.玻璃的折射率约为1.49 C.玻璃的折射率为0.67 D.光线是从玻璃射入空气的 答案:AB 解析:由 n=sin 1sin 2=10.67=1.49,B 正确,C 错误;由于sin 1sin 2,故光线是从空气射入玻璃中,A正确,D错误。4.(折射率计算与误差分析)某同学利用插针法测量 玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行。正确操作 后,做出的光路图及测出的相关角度如图所示。(1)此玻璃的折射率计算式为n=(用图中的 1、2表示);(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度 (选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。答案:(1)cos 1cos 2 (2)大 解析:n=sinsin=sin(90-1)sin(90-2)=cos 1cos 2,由实验的注意事项可知应选用宽度大的玻璃砖来测量,减小实验误差。