2020高考物理一轮总复习 第十四章 振动和波 光 相对论 实验课2 测定玻璃的折射率课件 新人教版

第十四章振动和波光相对论(选修3－4)测定玻璃的折射率栏目导航12板块一基础回顾板块二考点突破基础回顾明体系、知细节、强化提能板块一一、实验基础知识二、数据处理1．计算法：计算每次折射率n，求出平均值n－.2．图象法(如图所示)3．单位圆法(如图所示)三、误差分析1．确定入射光线、出射光线时的误差．故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点．2．测量入射角与折射角时的误差．故入射角不宜过小，但也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱．四、注意事项1．玻璃砖要用厚度较大的．2．入射角应在30°到60°之间．3．大头针要竖直插在白纸上，且距离应尽量大一些．考点突破研典例、练高分、考点通关板块二考点一实验原理与操作——师生共研|研典例|【例】(1)几位同学做“用插针法测定玻璃折射率”实验，图示直线aa′、bb′表示在白纸上画出的玻璃砖的两个界面．几位同学进行了如下操作：A．甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′与bb′不平行，其他操作正确B．乙同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面aa′和bb′后，将玻璃砖向aa′方向平移了少许，其他操作正确C．丙同学在白纸上画aa′、bb′两界面时，其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，其他操作正确上述几位同学的操作，对玻璃折射率的测定结果没有影响的是________(填写选项前的字母)．(2)在用插针法测玻璃砖折射率的实验中，已确定好入射方向AO，插了两枚大头针P1和P2，如图所示．(①②③是三条直线)．在以后的操作说法中你认为正确的是________．A．在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在③线上B．保持O点不动，减小入射角，在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在①线上C．保持O点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，这可能是光在bb′侧面发生全反射[解析](1)甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′和bb′不平行，不会影响入射角和折射角的确定；乙同学将玻璃砖向aa′方向平移了少许，直线aa′、bb′之间的距离仍然等于玻璃砖的厚度，入射角和折射角的大小不变；丙同学在白纸上画aa′和bb′间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，使画出的入射点向左移，出射点向右移，所画的折射角比实际值大，算得的折射率将偏小．(2)由折射定律得知，光线通过平行玻璃砖后向一侧发生侧移，由于光线在上表面折射时，折射角小于入射角，则出射光线向②一侧偏移，如图，故另两枚大头针P3和P4不可能插在③线上，故A错误；若保持O点不动，减小入射角，折射角也减小，另外两枚大头针P3和P4可能插在①线上，故B正确；若保持O点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，反射光增强，折射光线减弱，根据光路可逆性原理得知，光线不可能在bb′界面发生全反射，故C错误．[答案](1)AB(2)B|练高分|1．“测定玻璃的折射率”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.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P2的像C．P3同时挡住P1、P2的像解析：选C实验中，在插P3时，应同时挡住P1、P2的像；在插P4时，应同时挡住P3和P1、P2的像，选项C正确．2.“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D.在插入第四个大头针D时，要使它______________．下图是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a′是描在纸上的玻璃砖的两个边．根据该图可算得玻璃的折射率n＝________.(计算结果保留两位有效数字)解析：确定出射光线时应使D挡住C和A、B的像，作图如图所示，以O为圆心，OO′为半径作圆交AB于E点，过E作a的平行线交法线于F，根据n＝sinisinr得n＝EFO′P，测量EF和O′P长度得n＝1.8(1.6～1.9均正确，方法亦有多种)．答案：(1)挡住C及A、B的像(2)1.8(1.6～1.9)3.如图甲所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置．然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像．(1)此后正确的操作步骤是________．A．插上大头针P3，使P3挡住P2的像B．插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像C．插上大头针P4，使P4挡住P3的像D．插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3(2)正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)．为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干条辅助线，如图乙、丙所示．能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图________(填“乙”或“丙”)，所测玻璃折射率的表达式n＝________(用代表线段长度的字母ED、FG表示)．解析：(1)此后正确的操作步骤是：插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像；插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3，B、D正确．(2)能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是题图丙．因为n＝sinθ1sinθ2＝EDODFGOG＝EDFG.答案：(1)BD(2)丙EDFG考点二数据处理与误差分析——自主练透|研典例|【例】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．(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________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．[解析](1)sinθ1＝l1BO，sinθ2＝l3CO，玻璃砖的折射率n＝sinθ1sinθ2＝l1BOl3CO＝l1l3，因此只需测量l1和l3即可．(2)当玻璃砖顺时针转过一个小角度时，入射角增大，折射角也增大，但增大较小，折射光线顺时针偏转一个小角度，在处理数据时，认为玻璃砖没有转动，原法线AD位置不变，因此，由于入射光线与AD夹角没变，圆形玻璃砖半径不变，所以l1不变，而折射光线与AD夹角变小，所以l3减小，所以测量值n＝l1l3将偏大．[答案](1)l1和l3n＝l1l3(2)偏大|练高分|1．某同学利用“插针法”测定玻璃砖的折射率，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)此玻璃砖的折射率计算式为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)据题意可知入射角为(90°－θ1)，折射角为(90°－θ2)，则玻璃的折射率为n＝sin90°－θ1sin90°－θ2＝cosθ1cosθ2.(2)玻璃砖越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确．故应选用宽度大的玻璃砖来测量．答案：(1)sin90°－θ1sin90°－θ2或cosθ1cosθ2(2)大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①、②和③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________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．(2)乙同学测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．(3)丙同学测得的折射率与真实值相比________．解析：(1)用图①测定折射率时，玻璃中折射光线偏折小了，所以折射角增大，折射率变小．(2)用图②测定折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关．(3)用图③测定折射率时，无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不变．答案：(1)偏小(2)不变(3)可能偏大、可能偏小、可能不变3．用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线．(1)在图甲上补画出所需的光路；(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图甲中的AB︵分界面上画出这两个角；(3)用所测物理量计算折射率的公式为n＝________；(4)为了保证在CD︵得到出射光线，实验过程中，光线在AB︵的入射角应适当________(选填“小一些”“无所谓”或“大一些”)；(5)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图象，由图象可知该玻璃的折射率n＝________.解析：(1)连接P3、P4与CD︵交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，由于P1、P2的连线与AB︵的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示．(2)连接O点与光线在AB︵上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如图中i、r所示．(3)由折射定律可得n＝sinisinr.(4)为了保证能在CD︵上有出射光线，实验过程中，光线在AB︵上的入射角应适当小一些，才不会使光线在CD︵上发生全反射．(5)图象的斜率k＝sinisinr＝n，由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5.答案：(1)见解析图(2)见解析图(3)sinisinr(4)小一些(5)1.5