新课标选修3-4 实验__测定玻璃的折射率

返回折射率物理意义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比。叫做介质的绝对折射率，简称折射率定义：反映介质的光学性质的物理量（n）决定式：n等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比。即：vcn所有介质的折射率都大于1返回空气玻璃水折射率─反映介质对光的折射作用iir′r返回如图所示，一储油桶，底面直径与高均为1m。当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，由点A沿方向AB看去，看到桶底上的点C，两点C、B相距0.25m。求油的折射率和光在油中的传播速度。OACBGDF例题返回OACBGDF因底面直径和桶高相等,由此可知∠AOF=∠ABG=450又∵OD=2CD油的折射率光在油中的传播速度解:22ODCDCD51CODsin5122210CODAOFnsinsin)s/m(109.18210100.38ncv例题返回由于光的折射，水中物体的位置看起来比实际位置要高些。渔民叉鱼渔民怎样才能叉到鱼？返回视深与物体的位置、液体的折射率的关系若设水的折射率为n，水池的实际深度为h，垂直水面往下看，其视深h′可由以下求得：tantan'tantan'tansintansinsin1sintan1tanAOAOASOASOrhhhrhrrrrnrnhhn在中，＝在中，＝所以因为是垂直水面向下看，、很小，所以，又由折射定律所以有所以＝返回假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻与存在大气层的情况相比,A.将提前B.将延后C.在某些地区将提前,在另一些地区将延后D.不变应用：?返回有大气，看到太阳更早没有大气，将迟一些看到太阳第十三章实验实验理论指导典题案例导析智能演练提升题型一题型二题型三返回返回一、实验目的测定玻璃的折射率。二、实验原理用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的出射光线，用量角器测入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝sinθ1sinθ2。返回三、实验器材长方形玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。四、实验步骤(1)将白纸用图钉按在绘图板上，先在白纸上画出一条直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线。(2)把平行玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb′。返回(3)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2挡住。再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置。(4)移去玻璃砖连接P3、P4并延长交bb′于O′，连接OO′即为折射光线，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′。(5)用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中。(6)改变入射角θ1，重复实验步骤。返回五、数据处理1．平均值法算出不同入射角时的比值sinθ1sinθ2，最后求出在几次实验中所测sinθ1sinθ2的平均值，即为玻璃砖的折射率。返回2．图象法以sinθ1值为横坐标、以sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图13－实－1所示。描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。求解图线斜率k，则k＝sinθ2sinθ1＝1n，故玻璃砖折射率n＝1k。图13－实－1返回3．作图法在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO、OO′交于C点、D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长。由于sinθ1＝CC′CO，sinθ2＝DD′DO，且CO＝DO，所以折射率n1＝sinθ1sinθ2＝CC′DD′。返回六、注意事项(1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间，P2与O点之间，P3与P4之间，P3与O′点之间距离要稍大一些。(2)入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小。(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面。更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。返回七、误差分析(1)入射光线和出射光线确定得不够精确，因此要求插大头针时，两大头针间距应适当大一些。(2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。返回八、它案设计插针法的作用是找出玻璃砖内的光路，其关键是确定入射点和出射点，而入射点和出射点是利用插针后确定的直线与界面交线相交而得到的，故实验的关键是插准大头针，画准玻璃砖边界线，而与所选玻璃砖两边平行与否无关。如用半圆形、圆形或三角形玻璃砖，均可测出其折射率，光路如图13－实－3所示。返回图13－实－3返回返回[例1]某同学用插针法测定玻璃砖的折射率，他的实验方法和操作步骤正确无误，但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa′与bb′不平行，如图所示，则()A．AO与O′B两条直线平行B．AO与O′B两条直线不平行C．他测出的折射率偏大D．他测出的折射率不受影响返回[解析]如题图所示，在光线由aa′面进入玻璃砖的偏折现象中，由折射定律知：n＝sinαsinβ。在光线由bb′射出玻璃砖的现象中，同理n＝sinrsini。若aa′与bb′平行，则i＝β，因此α＝r，此时入射光线AO与出射光线O′B平行。若aa′与bb′不平行，则i≠β，因此α≠r。此时入射光线AO与出射光线O′B不平行，选项B正确。在具体测定折射率时，要求实验方法、光路均准确无误，折射率的测量值应不受aa′与bb′是否平行的影响，选项D正确。[答案]BD返回[例2](2012·江苏高考)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________。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)返回[解析]测定玻璃折射率的实验是利用大头针得到进入玻璃的入射光线，在另一侧插入大头针挡住前面的A、B的像来确定C，同样插入大头针D挡住C及A、B的像，C和D确定了出射光线，利用入射点和出射点的连线来确定折射光线，作出法线，用量角器量出入射角θ1和折射角θ2，从而利用折射定律n＝sinθ1sinθ2确定玻璃的折射率。[答案]挡住C及A、B的像1.8(1.6～1.9都算对)返回[例3](2011·天津高考)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13－实－6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。此时只须测量出________，即可计算出玻璃砖的折射率。请用你的测量量表示出折射率n＝________。返回[解析]“P2挡住P1的像的现象恰好消失”意味着刚好发生全反射现象，此时玻璃砖内光线的入射角恰好等于临界角C，玻璃砖转过θ，入射光路的法线也转过同样的角度，入射角θ＝C。根据n＝1sinC得n＝1sinθ。[答案]玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ1sinθ返回1．用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，已画好玻璃砖界面aa′和bb′，若不慎将玻璃砖向上平移了一些，放在图6所示的位置上，而实验中其他操作均正确，则测得的折射率将()A．偏大B．偏小C．不变D．无法确定2345671随堂训练·能力达标返回解析经过玻璃砖的光路如图中实线所示，由于所作的玻璃砖分界线不是实际的分界线，而是如图中虚线所示，由几何知识可知，测出的折射角与真实的折射角相同．答案C2345671随堂训练·能力达标返回2.某同学做“测定玻璃的折射率”实验时，用他测得的多组入射角θ1与折射角θ2作出sinθ1－sinθ2的图象如图7所示，下列判断不正确的是()A．他做实验时，研究的是光线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0.673456712随堂训练·能力达标返回解析由sinθ1－sinθ2图象可知，sinθ1sinθ2＝10.67＝1.51，故光是从空气射入玻璃的，入射角为θ1，A正确．答案B由折射率的定义知n＝1.5，C正确，B错误．由临界角定义知临界角的正弦值sinC＝1n＝0.67，D正确．3456712随堂训练·能力达标返回3．(2012·重庆理综·22(1))如图8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9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．2456713随堂训练·能力达标返回解析实验用的光学玻璃砖的光学面不能用手接触，以防止损坏其光学面．如图所示，连接cd、ce并延长分别交玻璃砖于O1、O2点，并连接OO1、OO2，入射角i相同，折射角∠O′OO2∠O′OO1，由n＝sinisinr得，折射角越大的，求得的折射率越小．由图可得，用d点得到的值较小，而ce与ab近似平行，故用e点得到的值误差较小．答案光学de2456713随堂训练·能力达标返回5．如图11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上大头针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．图11(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”)．2346715随堂训练·能力达标l1和l3l1l3偏大返回6．如图12所示，画有直角坐标系xOy的白纸位于水平桌面上．M是放在白纸上的半圆形玻璃砖，其底面的圆心在坐标原点，直边与x轴重合．OA是画在纸上的直线，P1、P2为竖直地插在直线OA上的两枚大头针，P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针，α是直线OA与y轴正方向的夹角，β是直线OP3与y轴负方向的夹图12角．只要直线OA画得合适，且P3的位置取得正确，测出角α和β，便可求得玻璃的折射率．某学生在用上述方法测量玻璃的折射率时，在他画出的直线OA上竖直地插上了P1、P2两枚大头针，但在y＜0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像，他应采取的措施是________________________．若他已透过玻璃砖看到P1、P2的像，确定P3位置的方法是______________．若他已正确地测得了α、β的值，则玻璃的折射率n＝__________________.2345716随堂训练·能力达标返回答案另画一条更靠近y轴正方向的直线OA，把大头针P1、P2竖直地插在所画的直线上，直到在y＜0区域透过玻璃砖能看到P1、P2的像竖直插上大头针P3，使P3刚好能挡住P1、P2的像sinβsinα解析无法看到P1、P2的像是因为OA光线的入射角过