資源簡介 第2節(jié) 科學(xué)測量:玻璃的折射率[實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)] 1.測量玻璃的折射率。2.學(xué)會用插針法確定光路。一、實(shí)驗(yàn)原理用插針法確定光路,找出跟入射光線相對應(yīng)的折射光線,用量角器測出入射角i和折射角r,根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率n=。二、實(shí)驗(yàn)器材玻璃磚、白紙、木板、大頭針?biāo)拿丁D釘四枚、量角器、刻度尺、鉛筆。三、實(shí)驗(yàn)步驟1.如圖所示,將白紙用圖釘釘在平木板上。2.在白紙上畫出一條直線aa′作為界面(線),過aa′上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN′,并畫一條線段AO作為入射光線。3.把長方形玻璃磚放在白紙上,使它的長邊跟aa′對齊,畫出玻璃磚的另一邊bb′。4.在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2,透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線方向直到P2的像擋住P1的像。再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P3及P1、P2的像,記下P3、P4的位置。5.移去大頭針和玻璃磚,過P3、P4所在處作直線O′B與bb′交于O′點(diǎn),直線O′B就代表了沿AO方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向。6.連接OO′,入射角i=∠AON,折射角r=∠O′ON′,用量角器量出入射角和折射角,從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值,把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中。7.用上述方法分別求出入射角分別為30°、45°、60°時的折射角,查出它們的正弦值,填入表格中。四、數(shù)據(jù)處理方法一:計(jì)算法求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測的平均值,即為玻璃磚的折射率。方法二:圖像法在幾次改變?nèi)肷浣恰?yīng)的入射角和折射角正弦值的基礎(chǔ)上,以sin i值為橫坐標(biāo)、以sin r值為縱坐標(biāo),建立直角坐標(biāo)系,如圖所示。描數(shù)據(jù)點(diǎn),過數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得一條過原點(diǎn)的直線。求解圖線斜率k,則k==,故玻璃磚折射率n=。方法三:單位圓法在找到入射光線和折射光線以后,以入射點(diǎn)O為圓心,以任意長為半徑畫圓,分別與AO交于C點(diǎn),與OE(或OE的延長線)交于D點(diǎn),過C、D兩點(diǎn)分別向N′N作垂線,交NN′于C′點(diǎn)、D′點(diǎn),用直尺量出CC′和DD′的長,如圖所示。由于sin i=,sin r=,而CO=DO,所以折射率n1==。五、注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)時,盡可能將大頭針豎直插在紙上,且大頭針之間及大頭針與光線轉(zhuǎn)折點(diǎn)之間的距離要稍大一些。2.入射角i應(yīng)適當(dāng)大一些,以減小測量角度的誤差,但入射角不宜太大。3.在操作時,手不能觸摸玻璃磚的光潔面,更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線。4.在實(shí)驗(yàn)過程中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。5.玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的,宜在5 cm以上。若寬度太小,則測量誤差較大。六、實(shí)驗(yàn)誤差1.入射光線和出射光線畫得不夠精確。因此,要求插大頭針時兩大頭針間距應(yīng)稍大。2.入射角、折射角測量不精確。為減小測角時的相對誤差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大時,反射光較強(qiáng),折射光會相對較弱。類型一 實(shí)驗(yàn)原理與操作【典例1】 在做“測量玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)時,(1)下列做法正確的是________。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)面畫出界面C.實(shí)驗(yàn)時既可用量角器,也可用圓規(guī)和直尺等工具進(jìn)行測量D.判斷像與針是否在同一條光線上時,應(yīng)該觀察大頭針的頭部(2)小明同學(xué)在插針時玻璃磚的位置如圖所示,根據(jù)插針與紙上已畫的界面確定入射點(diǎn)與出射點(diǎn),依據(jù)上述操作所測得的折射率________(選填“偏大”“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和P4,AB和CD是描出的玻璃磚的兩個邊,如圖所示,請?jiān)谔摼€框中畫出光路圖。[聽課記錄] 類型二 數(shù)據(jù)處理和誤差分析【典例2】 如圖所示,某同學(xué)用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率。在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線,并讓入射光線過圓心O,在玻璃磚(圖中實(shí)線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像,連接OP3,圖中MN為分界面,虛線半圓與玻璃磚對稱,B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn),AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點(diǎn)。(1)設(shè)AB的長度為l1,AO的長度為l2,CD的長度為l3,DO的長度為l4,為較方便地表示出玻璃磚的折射率,需用刻度尺測量________,則玻璃磚的折射率可表示為________。(2)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時針轉(zhuǎn)過一小角度,由此測得玻璃磚的折射率將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。[聽課記錄] 類型三 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)【典例3】 某同學(xué)用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率,實(shí)驗(yàn)過程如下:(1)將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上,用大頭針在白紙上標(biāo)記玻璃磚的邊界(2)①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的M點(diǎn)水平入射,到達(dá)ef面上的O點(diǎn)后反射到N點(diǎn)射出。用大頭針在白紙上標(biāo)記O點(diǎn)、M點(diǎn)和激光筆出光孔Q的位置。②移走玻璃磚,在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路,作QM連線的延長線與ef面的邊界交于P點(diǎn),如圖(a)所示。③用刻度尺測量PM和OM的長度d1和d2。PM的示數(shù)如圖(b)所示,d1為______cm,測得d2為3.40 cm。(3)利用所測量的物理量,寫出玻璃磚折射率的表達(dá)式n=________ ;由測得的數(shù)據(jù)可得折射率n為________(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。(4)相對誤差的計(jì)算式為δ=×100%。為了減小d1、d2測量的相對誤差,實(shí)驗(yàn)中激光在M點(diǎn)入射時應(yīng)盡量使入射角________。[聽課記錄] 1.如圖所示,關(guān)于“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn),回答以下問題。(a) (b) (c)(1)請證明圖中的入射光線和射出玻璃磚的光線是平行的;(2)為減小實(shí)驗(yàn)誤差,入射角大一些好還是小一些好? 2.小顯和小濤同學(xué)“用插針法測玻璃棱鏡的折射率”。甲 乙(1)小顯同學(xué)按實(shí)驗(yàn)步驟,先在紙上插下二枚大頭針P1、P2,然后在玻璃棱鏡的另一側(cè)插下另外二枚大頭針,如圖甲所示。則插針一定錯誤的是________(選填“P3P4”或“P5P6”),按實(shí)驗(yàn)要求完成光路圖,并標(biāo)出相應(yīng)的符號,所測出的玻璃棱鏡的折射率n=________。(2)小濤同學(xué)突發(fā)奇想,用兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡ABC來做實(shí)驗(yàn),兩者的AC面是平行放置的,如圖乙所示。插針P1、P2的連線垂直于AB面,若操作正確的話,則在圖乙中右邊的插針應(yīng)該是________(選填“P3P4”“P3P6”“P5P4”或“P5P6”)。3.在“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針,如圖甲所示。(1)在圖乙中畫出完整的光路圖。 甲 乙(2)對你畫出的光路圖進(jìn)行測量和計(jì)算,求得該玻璃磚的折射率n=________(保留3位有效數(shù)字)。4.某同學(xué)在做“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)時已經(jīng)畫好了部分圖線,如圖甲所示,并在入射光線AO上插上大頭針P1、P2,現(xiàn)需在玻璃磚下表面折射出的光線上插上P3和P4大頭針,便能確定光在玻璃磚中的折射光線。(1)確定P3位置的方法正確的是__________。A.透過玻璃磚,P3擋住P2的像B.先插上P4大頭針,在靠近玻璃磚一側(cè)P3擋住P4的位置C.透過玻璃磚觀察,使P3擋住P1、P2的像(2)經(jīng)過多次測量作出sin θ1-sin θ2(θ2為光線AO對應(yīng)的折射角)的圖像如圖乙所示,玻璃磚的折射率為__________(保留3位有效數(shù)字)。(3)若該同學(xué)在確定P4位置時,被旁邊同學(xué)碰了一下,不小心把P4位置畫的偏左了一些,則測出來的折射率__________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。7 / 7第2節(jié) 科學(xué)測量:玻璃的折射率[實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)] 1.測量玻璃的折射率。2.學(xué)會用插針法確定光路。一、實(shí)驗(yàn)原理用插針法確定光路,找出跟入射光線相對應(yīng)的折射光線,用量角器測出入射角i和折射角r,根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率n=。二、實(shí)驗(yàn)器材玻璃磚、白紙、木板、大頭針?biāo)拿丁D釘四枚、量角器、刻度尺、鉛筆。三、實(shí)驗(yàn)步驟1.如圖所示,將白紙用圖釘釘在平木板上。2.在白紙上畫出一條直線aa′作為界面(線),過aa′上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN′,并畫一條線段AO作為入射光線。3.把長方形玻璃磚放在白紙上,使它的長邊跟aa′對齊,畫出玻璃磚的另一邊bb′。4.在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2,透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線方向直到P2的像擋住P1的像。再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P3及P1、P2的像,記下P3、P4的位置。5.移去大頭針和玻璃磚,過P3、P4所在處作直線O′B與bb′交于O′點(diǎn),直線O′B就代表了沿AO方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向。6.連接OO′,入射角i=∠AON,折射角r=∠O′ON′,用量角器量出入射角和折射角,從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值,把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中。7.用上述方法分別求出入射角分別為30°、45°、60°時的折射角,查出它們的正弦值,填入表格中。四、數(shù)據(jù)處理方法一:計(jì)算法求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測的平均值,即為玻璃磚的折射率。方法二:圖像法在幾次改變?nèi)肷浣恰?yīng)的入射角和折射角正弦值的基礎(chǔ)上,以sin i值為橫坐標(biāo)、以sin r值為縱坐標(biāo),建立直角坐標(biāo)系,如圖所示。描數(shù)據(jù)點(diǎn),過數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得一條過原點(diǎn)的直線。求解圖線斜率k,則k==,故玻璃磚折射率n=。方法三:單位圓法在找到入射光線和折射光線以后,以入射點(diǎn)O為圓心,以任意長為半徑畫圓,分別與AO交于C點(diǎn),與OE(或OE的延長線)交于D點(diǎn),過C、D兩點(diǎn)分別向N′N作垂線,交NN′于C′點(diǎn)、D′點(diǎn),用直尺量出CC′和DD′的長,如圖所示。由于sin i=,sin r=,而CO=DO,所以折射率n1==。五、注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)時,盡可能將大頭針豎直插在紙上,且大頭針之間及大頭針與光線轉(zhuǎn)折點(diǎn)之間的距離要稍大一些。2.入射角i應(yīng)適當(dāng)大一些,以減小測量角度的誤差,但入射角不宜太大。3.在操作時,手不能觸摸玻璃磚的光潔面,更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線。4.在實(shí)驗(yàn)過程中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。5.玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的,宜在5 cm以上。若寬度太小,則測量誤差較大。六、實(shí)驗(yàn)誤差1.入射光線和出射光線畫得不夠精確。因此,要求插大頭針時兩大頭針間距應(yīng)稍大。2.入射角、折射角測量不精確。為減小測角時的相對誤差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大時,反射光較強(qiáng),折射光會相對較弱。類型一 實(shí)驗(yàn)原理與操作【典例1】 在做“測量玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)時,(1)下列做法正確的是 。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)面畫出界面C.實(shí)驗(yàn)時既可用量角器,也可用圓規(guī)和直尺等工具進(jìn)行測量D.判斷像與針是否在同一條光線上時,應(yīng)該觀察大頭針的頭部(2)小明同學(xué)在插針時玻璃磚的位置如圖所示,根據(jù)插針與紙上已畫的界面確定入射點(diǎn)與出射點(diǎn),依據(jù)上述操作所測得的折射率 (選填“偏大”“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和P4,AB和CD是描出的玻璃磚的兩個邊,如圖所示,請?jiān)谔摼€框中畫出光路圖。[解析] (1)本實(shí)驗(yàn)在確定入射時,角度不宜過大,否則很難確定折射角,選項(xiàng)A錯誤;不能用鉛筆貼著光學(xué)面畫界面,所以選項(xiàng)B錯誤;本實(shí)驗(yàn)通過n=求折射率,也可以通過單位圓法求折射率,所以選項(xiàng)C正確;在觀察像與針是否在一條光線上時,應(yīng)該觀察大頭針底部,選項(xiàng)D錯誤。(2)由圖甲可知,此次測量的折射角偏大,導(dǎo)致測得的折射率偏小。(3)光路圖如圖乙所示。甲 乙[答案] (1)C (2)偏小 (3)光路圖見解析類型二 數(shù)據(jù)處理和誤差分析【典例2】 如圖所示,某同學(xué)用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率。在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線,并讓入射光線過圓心O,在玻璃磚(圖中實(shí)線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像,連接OP3,圖中MN為分界面,虛線半圓與玻璃磚對稱,B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn),AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點(diǎn)。(1)設(shè)AB的長度為l1,AO的長度為l2,CD的長度為l3,DO的長度為l4,為較方便地表示出玻璃磚的折射率,需用刻度尺測量 ,則玻璃磚的折射率可表示為 。(2)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時針轉(zhuǎn)過一小角度,由此測得玻璃磚的折射率將 (選填“偏大”“偏小”或“不變”)。[解析] (1)sin i=,sin r=,因此玻璃的折射率n===,因此只需測量l1和l3即可。(2)當(dāng)玻璃磚順時針轉(zhuǎn)過一個小角度時,在處理數(shù)據(jù)時,認(rèn)為l1是不變的,即入射角不變,而l3減小,所以測量值n=將偏大。[答案] (1)l1和l3 n= (2)偏大類型三 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)【典例3】 某同學(xué)用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率,實(shí)驗(yàn)過程如下:(1)將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上,用大頭針在白紙上標(biāo)記玻璃磚的邊界(2)①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的M點(diǎn)水平入射,到達(dá)ef面上的O點(diǎn)后反射到N點(diǎn)射出。用大頭針在白紙上標(biāo)記O點(diǎn)、M點(diǎn)和激光筆出光孔Q的位置。②移走玻璃磚,在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路,作QM連線的延長線與ef面的邊界交于P點(diǎn),如圖(a)所示。③用刻度尺測量PM和OM的長度d1和d2。PM的示數(shù)如圖(b)所示,d1為 cm,測得d2為3.40 cm。(3)利用所測量的物理量,寫出玻璃磚折射率的表達(dá)式n= ;由測得的數(shù)據(jù)可得折射率n為 (結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。(4)相對誤差的計(jì)算式為δ=×100%。為了減小d1、d2測量的相對誤差,實(shí)驗(yàn)中激光在M點(diǎn)入射時應(yīng)盡量使入射角 。[解析] (2)③刻度尺的最小分度為0.1 cm,由題圖(b)可知,d1為2.25 cm。(3)玻璃磚折射率的表達(dá)式n====代入數(shù)據(jù)可知n=≈1.51。(4)相對誤差的計(jì)算式為δ=×100%,為了減小d1、d2測量的相對誤差,實(shí)驗(yàn)中d1、d2要盡量稍大一些,即激光在M點(diǎn)入射時應(yīng)盡量使入射角稍小一些。[答案] (2)2.25(2.24~2.26均可) (3) 1.51(1.50~1.52均可) (4)稍小一些1.如圖所示,關(guān)于“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn),回答以下問題。(a) (b) (c)(1)請證明圖中的入射光線和射出玻璃磚的光線是平行的;(2)為減小實(shí)驗(yàn)誤差,入射角大一些好還是小一些好?[解析] (1)如圖所示,證明:n==,而r1=i2所以i1=r2,所以入射光線平行于出射光線。(2)大一些好。這樣測量的誤差會小些,可以減小實(shí)驗(yàn)誤差。[答案] 見解析2.小顯和小濤同學(xué)“用插針法測玻璃棱鏡的折射率”。甲 乙(1)小顯同學(xué)按實(shí)驗(yàn)步驟,先在紙上插下二枚大頭針P1、P2,然后在玻璃棱鏡的另一側(cè)插下另外二枚大頭針,如圖甲所示。則插針一定錯誤的是 (選填“P3P4”或“P5P6”),按實(shí)驗(yàn)要求完成光路圖,并標(biāo)出相應(yīng)的符號,所測出的玻璃棱鏡的折射率n= 。(2)小濤同學(xué)突發(fā)奇想,用兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡ABC來做實(shí)驗(yàn),兩者的AC面是平行放置的,如圖乙所示。插針P1、P2的連線垂直于AB面,若操作正確的話,則在圖乙中右邊的插針應(yīng)該是 (選填“P3P4”“P3P6”“P5P4”或“P5P6”)。[解析] (1)光線經(jīng)三棱鏡折射后應(yīng)該偏向底邊,故插針一定錯誤的是“P5P6”,光路如圖所示,根據(jù)光的折射定律:n=。(2)根據(jù)光路圖可知,經(jīng)過P1P2的光線經(jīng)兩塊玻璃磚的分界處后向下偏,然后射入右側(cè)玻璃磚后平行射出,則圖乙中右邊的插針應(yīng)該是P5P6。[答案] (1)P5P6 (2)P5P63.在“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針,如圖甲所示。(1)在圖乙中畫出完整的光路圖。甲 乙(2)對你畫出的光路圖進(jìn)行測量和計(jì)算,求得該玻璃磚的折射率n= (保留3位有效數(shù)字)。[解析] (1)分別連接玻璃磚兩側(cè)的大頭針?biāo)诘狞c(diǎn),并延長與玻璃磚邊分別相交,標(biāo)出傳播方向,然后連接玻璃磚邊界的兩交點(diǎn),即為光線在玻璃磚中傳播的方向。光路如圖所示。(2)設(shè)方格紙上正方形的邊長為1,光線的入射角為i,折射角為r,則sin i=≈0.798,sin r=≈0.521所以玻璃的折射率n==≈1.53。[答案] (1)見解析 (2)1.53(說明:±0.03范圍內(nèi)都可)4.某同學(xué)在做“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)時已經(jīng)畫好了部分圖線,如圖甲所示,并在入射光線AO上插上大頭針P1、P2,現(xiàn)需在玻璃磚下表面折射出的光線上插上P3和P4大頭針,便能確定光在玻璃磚中的折射光線。(1)確定P3位置的方法正確的是 。A.透過玻璃磚,P3擋住P2的像B.先插上P4大頭針,在靠近玻璃磚一側(cè)P3擋住P4的位置C.透過玻璃磚觀察,使P3擋住P1、P2的像(2)經(jīng)過多次測量作出sin θ1-sin θ2(θ2為光線AO對應(yīng)的折射角)的圖像如圖乙所示,玻璃磚的折射率為 (保留3位有效數(shù)字)。(3)若該同學(xué)在確定P4位置時,被旁邊同學(xué)碰了一下,不小心把P4位置畫的偏左了一些,則測出來的折射率 (選填“偏大”“偏小”或“不變”)。[解析] (1)確定P3位置的方法正確的是:透過玻璃磚觀察,使P3擋住P1、P2的像,故選C。(2)光路如圖所示。根據(jù)n=可知,圖像sin θ1-sin θ2的斜率等于折射率,由題圖乙可知玻璃磚的折射率為n=≈1.49。(3)若該同學(xué)在確定P4位置時,被旁邊同學(xué)碰了一下,不小心把P4位置畫的偏左了一些,則P4P3的連線與bb′的交點(diǎn)偏右,測得的折射角θ2偏大,則根據(jù)n=可知,測出來的折射率偏小。[答案] (1)C (2) 1.49 (3)偏小1 / 9 展開更多...... 收起↑ 資源列表 20 第4章 第2節(jié) 科學(xué)測量:玻璃的折射率 學(xué)生版.docx 20 第4章 第2節(jié) 科學(xué)測量:玻璃的折射率.docx 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫