2024届高考物理一轮复习（新教材鲁科版）第十四章光实验十三测量玻璃的折射率课件

实验十三目标要求1.掌握测量折射率的原理及方法.2.会用插针法测量玻璃的折射率.测量玻璃的折射率 实验技能储备考点一　教材原型实验考点二　探索创新实验课时精练内容索引 一实验技能储备 n＝或n＝计算出玻璃的折射率.1.实验原理如图所示，当光线AO以一定的入射角i透过一块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，从而画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，求出折射角r，再根据 2.实验器材木板、白纸、玻璃砖、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MM′.(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′. (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_____________，再插上P4，使P4挡住.(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′得到线段OO′.(7)用量角器测量入射角i和折射角r，并查出其正弦值sini和sinr.(8)改变入射角，重复实验.P1、P2的像P1、P2的像和P3 4.数据分析(1)计算法用量角器测量入射角i和折射角r，并查出其正弦值sini和sinr.算出不同入射角时的，并取平均值.(2)图像法改变不同的入射角i，测出不同的折射角r，作sini－sinr的图像，由n＝　　可知图像应是过原点的直线，如图所示，其为折射率.斜率 5.注意事项(1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O′之间距离要稍大一些.(2)入射角i不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°).(3)操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，也不能把玻璃砖界面当尺子画界线.(4)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. 考点一教材原型实验 例1某小组做测量玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸.(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度______.A.选用两光学表面间距大的玻璃砖B.选用两光学表面平行的玻璃砖C.选用粗的大头针完成实验D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些AD 为了使作图误差更小，应选用两光学表面间距大的玻璃砖，A正确；根据折射定律可知，如果两个光学面不平行，不影响入射角与折射角的值，所以对折射率的测定结果不产生影响，B错误；为了准确测量光路图，应选用较细的大头针来完成实验，选用粗的大头针完成实验时，容易出现观察误差，使光线实际并不平行，C错误；插在玻璃砖同侧的大头针之间的距离应适当大些，引起的角度误差会减小，D正确. (2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的是_____.D由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线应与出射光线平行，B、C错误；又光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角，A错误，D正确. (3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图甲所示，则玻璃的折射率n＝______.(用图中线段的字母表示) (4)在用插针法测量玻璃的折射率的实验中，甲、乙两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乙中①、②所示，其中甲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.则甲同学测得的折射率与真实值相比______(填“偏大”“偏小”或“不变”)；乙同学测得的折射率与真实值相比_______(填“偏大”“偏小”或“不变”).偏小不变 用题图②测折射率时，只要操作正确，折射率的测量值与玻璃砖形状无关，故乙同学测得的折射率与真实值相比不变.如图，甲同学在测定折射率时，作出的折射光线如图中虚线所示，实线表示实际光线，可见折射角偏大，则由折射定律n＝可知，折射率n偏小. 例2用圆弧状玻璃砖做测量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的像挡住，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分界面上标出这两个角，分别用i和r表示.答案(1)(2)见解析图 连接P1、P2表示入射光线，连接P3、P4表示出射光线，连接两光线与玻璃砖的交点，即为折射光线，测量的入射角i、折射角r及光路图如图所示. (3)为了保证在光线从弧面CD上射出，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当_________(选填“小一些”“无所谓”或“大一些”).小一些为防止光线在弧面CD发生全反射，光线在弧面AB的入射角应适当小一些. (4)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像，由图像可知该玻璃的折射率n＝______.1.5 考点二探索创新实验 例3(2023·江苏淮安市模拟)某同学用半圆柱玻璃砖做测量玻璃的折射率实验，他的操作步骤如下：A.用毫米刻度尺量出半圆柱玻璃砖的直径d，算出半径r＝，然后确定圆心的位置，记在玻璃砖上；B.在白纸上画一条直线作为入射光线，并在入射光线上插两枚大头针P1和P2；C.让入射光线与玻璃砖的直径垂直，入射光线经过圆心O；D.以圆心O为轴，缓慢逆时针转动玻璃砖，同时调整视线方向，直到从AB下方恰好看不到P2和P1的像，然后沿半圆柱玻璃砖直径画一条直线AB，并作出光路图，如图所示. (1)看不到P2和P1的像是因为发生了________；全反射看不到P2和P1的像是由于光线在AB面上发生了全反射. (2)只使用毫米刻度尺，还需要测量______(选填“OD”或“CD”)的长度，记作l；(3)玻璃砖折射率的表达式n＝______.CD 例4(2023·福建厦门市模拟)某实验小组的同学用直角三棱镜做“测量玻璃折射率”的实验.他们先在白纸上画出三棱镜的轮廓(用实线△ABC表示)，然后放好三棱镜，在垂直于AB的方向上插上两枚大头针P1和P2，在棱镜的左侧观察，当P1的像恰好被P2的像挡住时，插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像.移去三棱镜和大头针，大头针在纸上的位置如图所示. (1)将图中的光路图补充完整；答案见解析图如图所示. (2)根据图中所给数据，可得该玻璃的折射率n＝____；根据几何关系可知光线在AC面的入射角为30°， (3)若实验中放置三棱镜的位置发生了微小的平移，移至图中虚线处，而测量时仍将△ABC作为实验中棱镜所处位置，由此得出该玻璃折射率的测量值______真实值(选填“大于”“小于”或“等于”).小于 若实验中放置三棱镜的位置发生了微小的平移，移至图中虚线处，如图所示，可知出射光线相对于三棱镜不动时的出射光线向下平移，所以对折射角的测量无影响，但测量时仍将△ABC作为实验中棱镜所处位置，所以作出的BC面的反射光线会比实际的反射光线向逆时针方向偏，由此造成所测光线在AC面的入射角比实际值偏大，所以该玻璃折射率的测量值小于真实值. 四课时精练 1.在“测量玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作后插好了4枚大头针，如图甲所示.1234(1)下列说法正确的是____；A.入射角越大，误差越小B.在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面C.实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量D.判断像与大头针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部C5 1234入射角尽量大些，折射角也会大些，折射现象较明显，角度的相对误差会减小，但要注意并不是入射角越大越好，应适度，故A错误；为了防止弄脏玻璃砖，不能用铅笔贴着光学面画出界面，故B错误；实验中需要测角度时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量，故C正确；判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的整个部分，不能只观察其头部，故D错误.5 (2)请在图乙中画出完整的光路图；1234答案见解析图5 1234光路图如图所示5 (3)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)；12341.575 1234由图可知，取小方格的边长为单位长度，5 (4)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，经正确操作后插好了8枚大头针，如图丙所示.图丙中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”).1234A5 1234光线经由P1P2射入后光路图如图所示第一次折射时入射角大于折射角，第二次是从玻璃砖射向空气，折射角要大于入射角，出射光线要远离法线，由图可知经P3A的出射光线符合事实，而经P3B的出射光线靠近法线不符合事实.故对应的出射光线上的2枚大头针是P3和A.5 2.某同学在利用“插针法”测量一块红色直角三角形玻璃砖的折射率时发现，由于玻璃的颜色较深，在另一侧很难观测到对侧所插的针.他想到可以用实验室的红色激光器来完成实验.如图所示，他在木板上固定好白纸，放好玻璃砖，正确作出了界面MN、MP、NP，然后让很细的激光平行于木板从玻璃砖的上界面MN入射.1234(1)由于激光很强，不能用眼睛直接观测，该同学通过在木板上插入被激光照亮的针来确定激光光路，正确的插针顺序应是____.A.P1、P2、P3、P4B.P4、P3、P2、P1C.P1、P2、P4、P3D.P4、P3、P1、P2B5 1234四根针应该先插光路后面的针，否则光被挡住，后面的针无法确定位置，故正确的插针顺序应是P4、P3、P2、P1.5 (2)若P1P2与MN垂直，用量角器量得图中的θ1＝60°，θ2＝30°，则玻璃的折射率为____.1234A5 (3)若激光器正常发光，平行木板从玻璃砖NP界面垂直射入玻璃砖，如图中虚线箭头所示.该同学发现在MP一侧始终找不到出射光线，则原因是_____________________________；该同学在MP一侧没有找到出射光，1234线但在MN一侧找到了出射光线，他依然用被激光照亮的针确定了激光在MN一侧的出射光线和NP一侧的入射光线，则测量后他____(选填“能”或“不能”)计算出玻璃的折射率.激光在MP界面上发生了全反射能5 1234入射光线与NP相垂直，在MP一侧没有找到出射光线，说明光线在MP上发生了全反射，根据几何关系可以求出光线在MN面上的入射角，由插针法得出折射角，从而由折射率公式可以计算出折射率.5 3.某小组用“插针法”测平行玻璃砖的折射率，如图已确定好入射方向，AO与玻璃砖界面aa′的夹角为α，插了两枚大头针P1和P2,1、2、3、4分别是四条直线.1234(1)在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在____线上(选填“1”“2”“3”或“4”)；25 1234由折射定律知，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，则出射光线向左侧偏移，即可能在2上.5 (2)实验中画出入射点与出射点的连线，并测得连线与玻璃砖界面aa′的夹角为β，则玻璃砖的折射率n＝________；12345 (3)若描出玻璃砖两边界线aa′、bb′后，不小心将玻璃砖沿OA方向平移了一些再进行实验，则折射率的测量值将______(选填“偏大”“不变”或“偏小”).1234不变5 4.如图所示，某同学为了测量截面为正三角形的三棱镜玻璃折射率，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的右侧观察到P1的像和P2的像，当P1的像恰好被P2的像挡住时，插上大头针P3和P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像.在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示.(1)画出对应的光路.1234答案见解析图5 1234画出光路图如图所示.5 (2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率，若以AB作为分界面，需要测量的量是__________和__________，在图上标出它们.1234入射角θ1折射角θ2答案见解析图5 1234为了测出三棱镜玻璃材料的折射率，若以AB作为分界面，根据折射定律可知，需要测量的量是入射角θ1、折射角θ2，位置如图所示.5 (3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n＝________.12345 (4)若在测量过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置且底边仍重合)，则以AB作为分界面，三棱镜玻璃材料的折射率的测量值______(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值.1234大于5 1234在测量过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移，以AB作为分界面，入射角θ1与三棱镜平移后的实际入射角相等，但折射角θ2变小，即三棱镜玻璃材料折射率的测量值大于三棱镜玻璃材料折射率的真实值.5 5.小明同学为探究光的折射定律设计了如图所示的实验装置，在玻璃水槽中竖直放置的光屏由E和F两个半圆形光屏组成，其竖直方向的直径NOM为两半圆屏的分界线，其中半圆形光屏F可绕直径NOM在水平方向折转.1234(1)实验时，先让光屏E、F位于同一平面内，一束激光贴着光屏E沿半径方向从空气斜射入水中，在光屏F上____(选填“能”或“不能”)看到折射后的光束；小明将光屏F沿逆时针(俯视)方向折转一定角度后，则在光屏F上______(选填“能”或“不能”)看到折射光线，这说明折射光线和入射光线____(选填“在”或“不在”)同一平面内；能不能在5 1234先让光屏E、F位于同一平面内，一束激光贴着光屏E从空气斜射入水中，激光从光疏介质射入光密介质，在光屏F上能看到折射后的光束；当F屏沿逆时针(俯视)方向折转一定的角度后，则呈现折射光线的F屏和呈现入射光线的E屏不在同一平面内，所以在F屏上不能看到折射光线；这说明折射光线和入射光线在同一平面内；5 1234(2)小明探究光从水射向空气时，折射角与入射角的关系，测得的数据如下表所示.由表中数据可知，光从水斜射入空气中时，折射角______(选填“大于”“等于”或“小于”)入射角.入射角22°32°41°折射角30°45°60°大于分析表格数据可知，光从水斜射入空气时，折射角大于入射角，且入射角增大时，折射角也增大.5