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1、實(shí)驗(yàn)15測(cè)定玻璃的折射率,一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?三 實(shí)驗(yàn)器材,四 實(shí)驗(yàn)步驟,五 數(shù)據(jù)處理,教材研讀,六注意事項(xiàng),七 誤差分析,二 實(shí)驗(yàn)原理,考點(diǎn)一 實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作,考點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析,考點(diǎn)三 實(shí)驗(yàn)拓展與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,考點(diǎn)突破,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?教材研讀,1.測(cè)定玻璃的折射率。,2.學(xué)會(huì)用插針?lè)ù_定光路。 二、實(shí)驗(yàn)原理 如圖所示,當(dāng)光線(xiàn)AO以一定的入射角1穿過(guò)兩面平行的玻璃磚時(shí),通過(guò)插針?lè)ㄕ页龈肷涔饩€(xiàn)AO對(duì)應(yīng)的出射光線(xiàn)OB,從而確定折射光線(xiàn)OO和折射角2,再根據(jù)n=或n=算出玻璃的折射率。,三、實(shí)驗(yàn)器材 玻璃磚、白紙、木板、大頭針(四枚)、圖釘(四枚)、量角器(或圓規(guī))、三角板(或直尺)、鉛筆

2、。,四、實(shí)驗(yàn)步驟,1.首先把白紙鋪在木板上并用圖釘將白紙固定; 2.在白紙上畫(huà)一直線(xiàn)aa作為界面,過(guò)aa上的一點(diǎn)O畫(huà)出界面的法線(xiàn)NN,并畫(huà)一條線(xiàn)段AO作為入射光線(xiàn)。 3.把長(zhǎng)方體玻璃磚放在白紙上,并使其長(zhǎng)邊與aa重合,再用直尺畫(huà)出玻璃磚的另一邊bb。 4.在線(xiàn)段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2。,5.從玻璃磚bb一側(cè)透過(guò)玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線(xiàn)的方向直到P1的像被P2的像擋住。再在bb一側(cè)插上兩枚大頭針P3、P4,使P3能擋住P1、P2的像,P4能擋住P3本身及P1、P2的像。 6.移去玻璃磚,在拔掉P1、P2、P3、P4四枚大頭針的同時(shí)分別記下它們的位置,過(guò)P3、P4作直

3、線(xiàn)OB交bb于O。連接 O、O,OO就是玻璃磚內(nèi)折射光線(xiàn)的徑跡。 AON為入射角,OON為折射角。 7.改變?nèi)肷浣?重復(fù)實(shí)驗(yàn)。,3.“單位圓法”確定sin 1、sin 2,計(jì)算折射率n 以入射點(diǎn)O為圓心,以一定長(zhǎng)度R為半徑畫(huà)圓,交入射光線(xiàn)AO于P點(diǎn),交折射光線(xiàn)OO于Q點(diǎn),過(guò)P作CD的垂線(xiàn)PN,過(guò)Q作CD的垂線(xiàn)QN,如圖所示,則sin 1=,sin 2=,又OP=OQ=R,則n==,只要用刻度尺測(cè)出 PN、QN的長(zhǎng)度就可以求出n。,六、注意事項(xiàng),1.實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上,且P1和P2之間、P3和P4之間、P2與O、P3與O之間距離要稍大一些。 2.入射角1不宜太大(接近90),也

4、不宜太小(接近0)。太大,則反射光較強(qiáng),折射光較弱;太小,則入射角、折射角測(cè)量的誤差較大。 3.操作時(shí),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(dāng)尺子畫(huà)邊界線(xiàn)。 4.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,玻璃磚與白紙的相對(duì)位置不能改變。 5.玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的,宜在5 cm以上,若寬度太小,則測(cè)量誤差較大。,七、誤差分析,1.入射光線(xiàn)、出射光線(xiàn)確定的準(zhǔn)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。 2.入射角和折射角的測(cè)量造成誤差,故入射角應(yīng)適當(dāng)大些,以減小測(cè)量誤差。,考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作,考點(diǎn)突破,例1如圖甲所示,在測(cè)量玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中,兩位同學(xué)先在白紙上放好截面是正三角形ABC的三棱鏡

5、,并確定AB和AC界面的位置。然后在棱鏡的左側(cè)畫(huà)出一條直線(xiàn),并在線(xiàn)上豎直插上兩枚 大頭針P1和P2,再?gòu)睦忡R的右側(cè)觀察P1和P2的像。,(1)(多選)此后正確的操作步驟是 。 A.插上大頭針P3,使P3擋住P2的像 B.插上大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像 C.插上大頭針P4,使P4擋住P3的像 D.插上大頭針P4,使P4擋住P1、P2的像和P3 (2)正確完成上述操作后,在紙上標(biāo)出大頭針P3、P4的位置(圖中已標(biāo)出)。為測(cè)量該種玻璃的折射率,兩位同學(xué)分別用圓規(guī)及刻度尺作出了完整光路和若干條輔助線(xiàn),如圖乙、丙所示。能夠僅通過(guò)測(cè)量ED、FG,的長(zhǎng)度便可正確計(jì)算出折射率的是圖 (填“乙”或“丙

6、”),所測(cè)玻璃折射率的表達(dá)式n=(用代表線(xiàn)段長(zhǎng)度的字母ED、FG表示)。,答案(1)BD(2)丙,解析(1)插P3、P4時(shí),正確的操作步驟是:插上大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像;插上大頭針P4,使P4擋住P1、P2的像和P3。B、D正確。 (2)設(shè)入射角為,折射角為,輔助圓半徑為R,根據(jù)折射定律有n=。 根據(jù)幾何關(guān)系,在圖乙中有sin =、sin =;在圖丙中有sin =, sin =,可知能夠僅通過(guò)測(cè)量ED、FG的長(zhǎng)度便可正確計(jì)算出折射率 的是圖丙,折射率n===。,方法技巧 測(cè)量玻璃的折射率,無(wú)論是使用平行玻璃磚、三棱鏡,還是使用圓柱形玻璃磚,測(cè)量方法和測(cè)量結(jié)果都相同。如果測(cè)量時(shí)玻璃

7、磚發(fā)生了微小移動(dòng),則測(cè)量結(jié)果會(huì)出現(xiàn)偏差。,變式1如圖所示是利用插針?lè)y(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)得到的光路圖,玻璃磚的入射面AB和出射面CD并不平行,則 (1)出射光線(xiàn)與入射光線(xiàn) (填“仍 平行”或“不再平行”)。 (2)以入射點(diǎn)O為圓心,以R=5 cm長(zhǎng)度為半徑 畫(huà)圓,與入射光線(xiàn)PO交于M點(diǎn),與玻璃中折射光線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)OQ交于F點(diǎn), 過(guò)M、F點(diǎn)分別向法線(xiàn)作垂線(xiàn),量得MN=4.2 cm,FE=2.8 cm,則測(cè)得該玻璃 的折射率為 。,例2在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中 (1)某同學(xué)在畫(huà)玻璃磚邊界時(shí)操作如圖甲所示,請(qǐng)指出其不當(dāng)之處: (寫(xiě)出一點(diǎn)即可)。 (2)實(shí)驗(yàn)中,已畫(huà)好玻璃磚邊界ab、cd

8、后,不小心誤將玻璃磚向上稍平移了一點(diǎn),如圖乙所示,其他操作正確,則測(cè)得玻璃的折射率將 (選 填“變大”、“不變”或“變小”)。,答案(1)用手觸摸光學(xué)面(或拿玻璃磚當(dāng)尺子用)(2)不變,考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析,例3在測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)時(shí) (1)下列說(shuō)法正確的是 。 A.入射角越大,誤差越小 B.在白紙上放好玻璃磚后,用鉛筆貼著光學(xué)面畫(huà)出界面 C.實(shí)驗(yàn)時(shí)即可用量角器,也可用圓規(guī)和直尺等工具進(jìn)行測(cè)量 D.判斷像與針是否在同一直線(xiàn)時(shí),應(yīng)該觀察大頭針的針帽,(2)小時(shí)同學(xué)在插針時(shí)玻璃磚的位置如圖1所示。根據(jù)插針與紙上已畫(huà)的界面確定入射點(diǎn)與出射點(diǎn),依據(jù)上述操作所測(cè)得的折射率 (填“偏大”、“

9、偏小”或“不變”),(3)小明同學(xué)經(jīng)正確操作后,在紙上留下四枚大頭針的位置P1、P2、P3、P4,AB和CD是描出的玻璃磚的兩個(gè)邊,如圖2所示,請(qǐng)畫(huà)出光路圖。,答案(1)C(2)偏小(3)如圖所示,解析(1)本實(shí)驗(yàn)中入射角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致反射光較強(qiáng),折射光較弱,A錯(cuò)誤;用鉛筆貼著光學(xué)面畫(huà)界面可能會(huì)損壞光學(xué)面,B錯(cuò)誤;求折射率可以通過(guò)畫(huà)圖,將角度的正弦之比轉(zhuǎn)化為對(duì)邊之比,C正確;在觀察時(shí)應(yīng)觀察大頭針的針尖,D錯(cuò)誤。 (2)從題圖1中可知玻璃磚發(fā)生傾斜,則所測(cè)定的入射角和折射角都變大,根據(jù)折射定律n=,兩角度都變大,根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可知n=<,故測(cè)定的折射率偏小, (3)連接P1、P2,確定入射點(diǎn),連接P3

10、、P4,確定出射點(diǎn),再連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)并標(biāo)上箭頭。,例4如圖所示,某同學(xué)利用方格坐標(biāo)紙測(cè)定半圓形玻璃磚的折射率,OA是畫(huà)在紙上的直線(xiàn),他在直線(xiàn)OA適當(dāng)位置先后豎直插上P1、P2兩枚大頭針,如圖放上玻璃磚(如粗黑線(xiàn)所示),然后插上P3、P4兩枚大頭針。,(1)其中他確定P3大頭針位置的方法應(yīng)當(dāng)是 。 (2)若該同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范準(zhǔn)確,其記錄的情況如圖所示。該同學(xué)還用圓規(guī)畫(huà)了一個(gè)以O(shè)為圓心,半徑與玻璃磚半徑相同的半圓(如圖中虛線(xiàn)所示)。請(qǐng)算出玻璃磚的折射率n= 。 (3)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚繞圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一小角度,由此測(cè)得玻璃磚的折射率將 (選填“偏大”、

11、“偏小”或“不變”)。,,考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)拓展與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,例5某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用刻度尺測(cè)半圓形玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn),如圖所示,他進(jìn)行的主要步驟是: A.用刻度尺測(cè)玻璃磚的直徑AB的大小d; B.先把白紙固定在木板上,將玻璃磚水平放 置在白紙上,用筆描出玻璃磚的邊界,將玻璃 磚移走,標(biāo)出玻璃磚的圓心O、直徑AB以及AB的法線(xiàn)OC;,C.將玻璃磚放回白紙的原處,長(zhǎng)直尺M(jìn)N緊靠A點(diǎn)并與直徑AB垂直放置; D.調(diào)節(jié)激光器,使PO光線(xiàn)從玻璃磚圓弧面沿半徑方向射向圓心O,并使長(zhǎng)直尺M(jìn)N的左右兩端均出現(xiàn)亮點(diǎn),記下左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離s1,右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離s2。則: (1)該同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算玻璃磚折射率的表達(dá)

12、式為n= 。 (2)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)直尺M(jìn)N上只出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn),他應(yīng)該采取的措施是 。,例6實(shí)驗(yàn)可提高學(xué)生們對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的理解和應(yīng)用能力。如圖所示,一個(gè)學(xué)生用廣口瓶和刻度尺測(cè)定水的折射率, 請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下述實(shí)驗(yàn)步驟中的空白。 (1)用刻度尺測(cè)出廣口瓶瓶口內(nèi)徑d。 (2)在瓶?jī)?nèi)裝滿(mǎn)水。 (3)將刻度尺沿瓶口邊緣豎直插入水中。 (4)沿廣口瓶邊緣向水中刻度尺正面看去,若恰能看到刻度尺的0刻度線(xiàn)(即圖中A點(diǎn)),同時(shí)看到水面上B點(diǎn)刻度線(xiàn)的像B恰與A點(diǎn)的像相重合,如,圖,若水面恰與直尺的C點(diǎn)相平,則 和 分別等于入射角和折射角 (5)讀出 和 的長(zhǎng)度。 (6)由題中所給條件和前面步驟得到的數(shù)據(jù),可以計(jì)算水的折射率n= 。,