2019年高考物理一轮复习 第十四章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 实验十五 测定玻璃的折射率课件.ppt

实验十五测定玻璃的折射率 第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论 内容索引 过好双基关 命题点一教材原型实验 命题点二实验拓展创新 1 过好双基关 1 实验原理如图所示 当光线AO以一定的入射角 1穿过两面平行的玻璃砖时 通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O B 从而求出折射光线OO 和折射角 2 再根据n 或n 计算出玻璃的折射率 2 实验器材木板 白纸 大头针 图钉 量角器 三角板 铅笔 3 实验步骤 1 用图钉把白纸固定在木板上 2 在白纸上画一条直线aa 并取aa 上的一点O为入射点 作过O点的法线NN 3 画出线段AO作为入射光线 并在AO上插上P1 P2两根大头针 4 在白纸上放上玻璃砖 使玻璃砖的一条长边与直线aa 对齐 并画出另一条长边的对齐线bb 玻璃砖 5 眼睛在bb 的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向 使P1的像被P2的像挡住 然后在眼睛这一侧插上大头针P3 使P3挡住P1 P2的像 再插上P4 使P4挡住P3和P1 P2的像 6 移去玻璃砖 拔去大头针 由大头针P3 P4的针孔位置确定出射光线O B及出射点O 连接O O 得线段OO 7 用量角器测量入射角 1和折射角 2 并查出其正弦值sin 1和sin 2 8 改变入射角 重复实验 算出不同入射角时的 并取平均值 1 数据处理 1 计算法 用量角器测量入射角 1和折射角 2 并查出其正弦值sin 1和sin 2 算出不同入射角时的 并取平均值 2 作sin 1 sin 2图象 改变不同的入射角 1 测出不同的折射角 2 作sin 1 sin 2的图象 由n 可知图象应为直线 如图所示 其斜率为 图2 折射率 3 单位圆 法确定sin 1 sin 2 计算折射率n 以入射点O为圆心 以一定的长度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E H 如图所示 OE OE R 只要用刻度尺量出EH E H 的长度就可以求出n 2 注意事项 1 用手拿玻璃砖时 手只能接触玻璃砖的毛面或棱 不能触摸光洁的光学面 严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb 2 实验过程中 玻璃砖在纸上的位置不可移动 3 大头针应竖直地插在白纸上 且玻璃砖每两枚大头针P1与P2间 P3与P4间的距离应大一点 以减小确定光路方向时造成的误差 4 实验时入射角不宜过小 否则会使测量误差过大 也不宜过大 否则在bb 一侧将看不到P1 P2的像 2 命题点一教材原型实验 如图所示 某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率 在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1 P2确定入射光线 并让入射光线过圆心O 在玻璃砖 图中实线部分 另一侧垂直纸面插大头针P3 使P3挡住P1 P2的像 连接OP3 图中MN为分界线 虚线半圆与玻璃砖对称 B C分别是入射光线 折射光线与圆的交点 AB CD均垂直于法线并分别交法线于A D点 例1 1 设AB的长度为l1 AO的长度为l2 CD的长度为l3 DO为的长度为l4 为较方便地表示出玻璃砖的折射率 需用刻度尺测量 则玻璃砖的折射率可表示为 答案 解析 l1和l3 2 该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度 由此测得玻璃砖的折射率将 选填 偏大 偏小 或 不变 答案 解析 当玻璃砖顺时针转过一个小角度时 在处理数据时 认为l1是不变的 即入射角不变 而l3减小 所以测量值n 将偏大 偏大 1 某同学利用 插针法 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 填 大 或 小 的玻璃砖来测量 答案 解析 大 答案 2 在用插针法测定玻璃砖的折射率的实验中 甲 乙 丙三位同学在纸上画出的界面aa bb 与玻璃砖位置的关系分别如图 和 所示 其中甲 丙两同学用的是矩形玻璃砖 乙同学用的是梯形玻璃砖 他们的其他操作均正确 且均以aa bb 为界面画光路图 1 甲同学测得的折射率与真实值相比 填 偏大 偏小 或 不变 偏小 答案 解析 2 乙同学测得的折射率与真实值相比 填 偏大 偏小 或 不变 不变 答案 解析 3 丙同学测得的折射率与真实值相比 可能偏大 可能偏小 可能不变 答案 解析 3 命题点二实验拓展创新 某同学测量玻璃砖的折射率 准备了下列器材 激光笔 直尺 刻度尺 一面镀有反射膜的平行玻璃砖 如图所示 直尺与玻璃砖平行放置 激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面 在直尺上观察到A B两个光点 读出OA间的距离为20 00cm AB间的距离为6 00cm 测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1 10 00cm 玻璃砖厚度d2 4 00cm 玻璃的折射率n 光在玻璃中传播速度v m s 光在真空中传播速度c 3 0 108m s 结果均保留两位有效数字 例2 2 5 108 1 2 答案 解析 分析 作出光路图如图所示 根据几何知识可得入射角i 45 折射角r 37 故折射率 3 某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率 如图所示 实验的主要过程如下 A 把白纸用图钉钉在木板上 在白纸上作出直角坐标系xOy 在白纸上画一条线段AO表示入射光线 B 把半圆形玻璃砖M放在白纸上 使其底边aa 与Ox轴重合 C 用一束平行于纸面的激光从y 0区域沿y轴负方向射向玻璃砖 并沿x轴方向调整玻璃砖的位置 使这束激光从玻璃砖底面射出后 仍沿y轴负方向传播 D 在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1 P2 E 在坐标系y 0的区域内竖直地插上大头针P3 并使得从P3一侧向玻璃砖方向看去 P3能同时挡住P1和P2的像 F 移开玻璃砖 连接O P3 用圆规以O点为圆心画一个圆 如图中虚线所示 此圆与AO线交点为B 与OP3线的交点为C 确定出B点到x轴 y轴的距离分别为x1 y1 C点到x轴 y轴的距离分别为x2 y2 1 若实验中该同学没有将玻璃砖的底边aa 与Ox轴重合 而是向y 0方向侧移了一些 这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比 选填 偏大 不变 或 偏小 偏大 答案 解析 2 若实验中该同学在y 0的区域内 从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1 P2 为能透过玻璃砖看到P1 P2 应采取的措施是 见解析 在y 0的区域内 从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1 P2 说明光线AO在界面aa 上发生了全反射 应该减小光线AO的入射角 答案 解析 4 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 开始玻璃砖的位置如图中实线所示 使大头针P1 P2与圆心O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O缓慢转动 同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1 P2的像 且P2的像挡住P1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 此时只需测量出 即可计算出玻璃砖的折射率 请用你测量的量表示出折射率n 答案 玻璃砖直径边绕O点转过的角度 解析 临界角 5 小明同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃砖折射率的实验 如图所示 他进行的主要步骤是 A 用刻度尺测玻璃砖的直径AB的大小d B 先把白纸固定在木板上 将玻璃砖水平放置在白纸上 用笔描出玻璃砖的边界 将玻璃砖移走 标出玻璃砖的圆心O 直径AB AB的法线OC C 将玻璃砖放回白纸的原处 长直尺MN紧靠A点并与直径AB垂直放置 D 调节激光器 使PO光线从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心O 并使长直尺MN的左右两侧均出现亮点 记下左侧亮点到A点的距离x1 右侧亮点到A点的距离x2 则 光路图 1 小明利用实验数据计算此玻璃砖折射率的表达式为n 答案 解析 设光线在AB面上的入射角为 折射角为 2 关于上述实验 以下说法正确的是 A 在 BOC的范围内 改变入射光线PO的入射角 直尺MN上可能只出现一个亮点B 左侧亮点到A点的距离x1一定小于右侧亮点到A点的距离x2C 左侧亮点到A点的距离x1一定大于右侧亮点到A点的距离x2D 要使左侧亮点到A点的距离x1增大 应减小入射角 答案 解析 当入射角大于等于发生全反射的临界角时 只有反射没有折射 则直尺MN上只出现一个亮点 故A正确 光从玻璃射入真空 折射角大于入射角 通过几何关系知 x1 x2 故B正确 C错误 减小入射角 则折射角减小 x1增大 故D正确