2016届《状元桥》物理一轮复习课件：实验第13.2章测定玻璃的折射率解析

基础自主梳理要点研析突破速效提升训练实验二测定玻璃的折射率基础自主梳理要点研析突破速效提升训练基础自主梳理一、实验目的测定玻璃砖的折射率.二、实验原理如图所示,abb'a'为两面平行的玻璃砖,光线的入射角为θ1,折射角为θ2,根据n=sin𝜃1sin𝜃2可以计算出玻璃的折射率.三、实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔.基础自主梳理要点研析突破速效提升训练基础自主梳理四、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,使玻璃砖的一个长边与直线aa'对齐,并画出另一条长边的对齐线bb'.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,然后在观察这一侧插上大头针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,拨去大头针,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θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.8.改变入射角,重复实验,算出不同入射角时的sin𝜃1sin𝜃2,并取平均值.基础自主梳理要点研析突破速效提升训练基础自主梳理五、误差分析1.入射光线和折射光线确定的不准确性.2.测量入射角和折射角的误差.六、注意事项1.玻璃砖应选用厚度、宽度较大的.2.大头针应竖直地插在白纸上,且间隔要大一些.3.实验时入射角不宜过大或过小,一般在15°~75°之间.4.玻璃砖的折射面要画准,不能用玻璃砖界面代替直尺画界线.5.实验过程中,玻璃砖和白纸的相对位置不能改变.基础自主梳理要点研析突破速效提升训练要点研析突破在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图甲所示.基础自主梳理要点研析突破速效提升训练要点研析突破(1)根据图甲画出完整的光路图.(2)对你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,如图乙所示.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”).基础自主梳理要点研析突破速效提升训练要点研析突破解析:(1)连接两大头针1、2,延长线与梯形玻璃砖上表面交于O,再连接两大头针3、4,延长线与梯形玻璃砖下表面交于O',再连接OO',标上箭头以示光线传播方向.基础自主梳理要点研析突破速效提升训练要点研析突破(2)入射角θ的正弦:sinθ=𝐶𝐷𝑂𝐶,折射角β的正弦sinβ=𝐶'𝐷'𝑂𝐶',可取OC=OC',则折射率n=sin𝜃sin𝛽=𝐶𝐷𝐶'𝐷'.用刻度尺测量CD、C'D',代入测量数据可得n=1.51.(3)光斜射入两底面平行的玻璃砖一个表面,折射光线会从另一个表面平行原入射光线射出玻璃砖.题中乙图中两条平行光线入射,P1P2左边的光线会从梯形玻璃砖另一底面平行射出,是沿着大头针3并与B方向平行射出;而光线P1P2将由梯形玻璃砖侧面出射,方向为P3和A的连线.答案:(1)见解析图(2)1.51(3)A基础自主梳理要点研析突破速效提升训练要点研析突破1.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，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在圆柱形玻璃砖另一侧观察，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，在纸上标出大头针位置和圆柱形玻璃砖的边界如图所示.(1)在图上画出所需的光路.(2)为了测量出玻璃砖的折射率，需要测量的物理量有_________(要求在图上标出).(3)测出的折射率n＝___________.基础自主梳理要点研析突破速效提升训练要点研析突破解析：(1)连接P1、P2并与玻璃砖相交，得到入射光线，再连接P3、P4并与玻璃砖相交，得到射出玻璃砖的光线，连接这两个交点得到光线在玻璃砖内的折射光线，如图所示.(2)作出经过入射点的切线和法线，标出入射角i和折射角γ，如图所示，实验需要测出这两个角.(3)根据折射定律，n＝答案：(1)见解析(2)入射角i和折射角γ(3)sinsinisinsini基础自主梳理要点研析突破速效提升训练要点研析突破如图所示,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为分界面,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.(1)设AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO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.(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(填“偏大”“偏小”或“不变”).基础自主梳理要点研析突破速效提升训练要点研析突破思维导引①折射率与哪些因素有关?②从图中要得到θ1和θ2的正弦值需要哪几条边?③玻璃砖旋转后对θ1和θ2有什么影响?解析:(1)由题图可知,𝑂𝐵=𝑂𝐶=R,sinθ1=𝐴𝐵𝑂𝐵,sinθ2=𝐶𝐷𝑂𝐶,所以需要测量l1和l3,n=sin𝜃1sin𝜃2=𝐴𝐵𝐶𝐷=𝑙1𝑙3.(2)玻璃砖顺时针转动后,θ1和θ2都增大,且增加量相同,又θ1θ2,由数学知识知sin𝜃1sin𝜃2增大.答案:(1)l1、l3n=𝑙1𝑙3(2)偏大感悟提升:无论是测量计算还是误差分析,都离不开实验原理,都必须从折射定律出发,寻找准确的入射角和折射角,通过公式n=sin𝜃1sin𝜃2进行分析.基础自主梳理要点研析突破速效提升训练要点研析突破2.如图1所示为光学实验用的长方体玻璃砖,它的面不能用手直接接触.在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同,且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像,但最后一个针孔的位置不同,分别为d、e两点,如图2所示.计算折射率时,用(填“d”或“e”)点得到的值较小,用(填“d”或“e”)点得到的值误差较小.基础自主梳理要点研析突破速效提升训练要点研析突破解析:光学面若被手接触污染,会影响观察效果,增加实验误差;分别连接cd和ce并延长到界面,与界面分别交于O1、O2两点,由n=sin𝑖sin𝑟不难得出用d点得到的折射率值较小,过c点的出射光线应平行于ab,利用直尺比对并仔细观察,可知ce∥ab,故用e点得到的折射率值误差较小.答案:光学de基础自主梳理要点研析突破速效提升训练速效提升训练1.某同学做测定玻璃折射率实验时,用他测得的多组入射角θ1与折射角θ2作出sinθ1sinθ2图象如图所示,下列判断中哪些是正确的()A.他做实验时,研究的是光从空气射入玻璃的折射现象B.玻璃的折射率为0.67C.玻璃的折射率为1.5D.玻璃临界角的正弦值为0.67解析:由题图可知,入射角θ1的正弦值sinθ1大于折射角θ2的正弦值sinθ2,所以该实验研究的是光从空气射入玻璃的折射现象;玻璃的折射率为n=sin𝜃1sin𝜃2=1.00.67=1.5;玻璃临界角的正弦值为sinC=1𝑛=0.67.答案:ACD基础自主梳理要点研析突破速效提升训练速效提升训练2.如图所示,在用玻璃砖“测定玻璃的折射率”的实验中,如果所用的玻璃砖ABCD的上表面AB和下表面CD不严格平行(AD略大于BC),下列说法中正确的是()A.用此玻璃砖做实验,画出的折射光线c和相应的入射光线a不再平行,因此对实验结果产生系统误差B.用此玻璃砖做实验,画出的折射光线c和相应的入射光线a不再平行,但不会因此对实验结果产生影响C.射出光线c相对于入射光线a有顺时针方向的微小偏转D.射出光线c相对于入射光线a有逆时针方向的微小偏转基础自主梳理要点研析突破速效提升训练速效提升训练解析:只要能把入射光线a在玻璃中的折射光线b确定下来,就能测定出玻璃的折射率.AB和CD不严格平行,a和c显然也不平行,但同样能确定出b的位置,因此不会对实验结果产生影响.可以设想AB和CD原来是平行的,现让CD逆时针转动一个小角度α,则法线也跟着逆时针转动α,b光线的入射角减小了α.由于折射角的变化大于入射角的变化,可以设想为射出光线c先随法线逆时针转动α(相当于折射角没变),再顺时针转动一个更大的角度到达新位置.本题选B、C两项.答案:BC基础自主梳理要点研析突破速效提升训练速效提升训练3.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θ1、θ2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.解析：(1)由折射率公式可得n＝(2)玻璃砖的宽度越大，出射光线的侧移量越大，玻璃砖中折射光线的误差越小，所以应选用宽度大的玻璃砖来测量.答案：(1)(2)大2121coscos)90sin()90sin(2121coscos)90sin()90sin(or基础自主梳理要点研析突破速效提升训练速效提升训练4.学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示.在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：（1）若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为_____.（2）图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率的值大？答：________________.(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为_____________________.解析：(1)根据折射定律n＝，题中θ1＝60°，θ2＝∠AOF＝30°，所以n＝＝.(2)图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角，所以P4对应的折射率大.(3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角，所以K处对应的折射率应为1.答案：(1)(2)P4对应的折射率的值大(3)121sinsin60sin30sin33基础自主梳理要点研析突破速效提升训练速效提升训练5.(密码原创)在做测定玻璃折射率的实验时:(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的界面ab前,不慎碰了玻璃砖使它向ab方向平移了一些,如图甲所示,其后的操作都正确,但画光路图时,将折射点确定在ab和cd上,则测出的n值将(填“偏大”“偏小”或“不变”).(2)乙同学为了避免笔尖接触光学面,画出的a'b'和c'd'都比实际侧面向外侧平移了一些,如图乙所示,以后的操作均正确,画光路图时将入射点和折线点都确定在a'b'和c'd'上,则测出的n值将(填“偏大”“偏小”或“不变”).(3)丙同学在操作和作图时均无失误,但所用玻璃砖的两个界面明显不平行,这时测出的n值将.(填“偏大”“偏小”或“不变”)基础自主梳理要点研析突破速效提升训练速效提升训练解析:(1)由图(a)可看出折射角、入射角均相同,玻璃