第四章實驗:測量玻璃的折射率基礎落實·必備知識全過關重難探究·能力素養全提升目錄索引

學以致用·隨堂檢測全達標學習目標1.會用“插針法”確定入射光線、折射光線。(科學探究)2.會用公式法、圖像法(sin

θ1-sin

θ2圖像)求折射率。(科學探究)3.會控制實驗誤差。(科學探究)基礎落實·必備知識全過關一、實驗目的測玻璃磚的折射率。二、實驗思路

插兩針(兩點)確定一直線(光線)用“插針法”確定入射光線和相應的出射光線,就能在玻璃磚中畫出對應的折射光線,用量角器測出入射角θ1和折射角θ2,根據折射定律

入射角適當大一些但不宜過大計算出玻璃的折射率三、實驗器材兩面平行的玻璃磚,大頭針,白紙,刻度尺或三角板,量角器,圖釘等。四、實驗步驟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,調整視線方向直到P2的像擋住P1的像,再在觀察者一側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。

保證入射光線和折射光線的對應性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',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θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON',用量角器量出入射角和折射角。7.改變入射角重復實驗。五、數據處理1.計算法:通過測量入射角和折射角,得出入射角和折射角的正弦值,再代入

中求多次不同入射角時n的值,然后取其平均值,即為玻璃磚的折射率。2.圖像法:求出多組對應的入射角與折射角的正弦值,作出sin

θ1-sin

θ2圖像,由

可知圖像應為直線,如圖所示,其斜率為折射率。3.單位圓法:在不使用量角器的情況下,可以用畫單位圓法。

(1)以入射點O為圓心,以一定長度R為半徑畫圓,交入射光線OA于E點,交折射光線OO'于E'點,過E作NN'的垂線EH,過E'作NN'的垂線E'H',如圖所示。六、實驗誤差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稍大些。2.入射角、折射角測量不精確。減小測角時的相對誤差的方法:①入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大時,反射光較強,折射光會相對較弱;②玻璃磚的寬度宜選5cm以上的。易錯辨析(1)在做用插針法測量玻璃的折射率的實驗時,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折點之間的距離要稍大一些。(

)(2)用插針法測量玻璃的折射率實驗中,入射角θ1大一些可以減小測量角度的誤差,故θ1越大越好。(

)(3)用插針法測量玻璃的折射率實驗中,操作時,手不能觸摸玻璃磚的光學面,更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線。(

)(4)用插針法測量玻璃的折射率實驗中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。(

)(5)用插針法測量玻璃的折射率實驗中,玻璃磚應選用寬度較大的,宜在5

cm以上。若寬度太小,則測量誤差較大。(

)√×θ1大一些可以減小測量角的誤差,但θ1過大折射光線強度變弱,不便于觀察?！獭獭讨仉y探究·能力素養全提升探究點一實驗數據處理方法【例1】

如圖所示,某同學在測定玻璃的折射率實驗中,先將方格紙平鋪在木板上并用圖釘固定,玻璃磚平放在方格紙上,然后在方格紙上確定玻璃磚的界面aa'和bb',畫上一條角度合適的直線MO,在直線MO上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針。(1)該同學接下來要完成的必要步驟是

;

A.插上大頭針P3,使P3僅擋住P2的像B.插上大頭針P3,使P3擋住P1的像和P2的像C.插上大頭針P4,使P4僅擋住P3D.插上大頭針P4,使P4擋住P3和P1、P2的像(2)通過光路圖求此玻璃磚的折射率n。(結果保留兩位有效數字)。答案

(1)BD

(2)1.4解析

(1)確定大頭針P3的位置的方法是大頭針P3能擋住P1、P2的像,確定大頭針P4的位置的方法是大頭針P4能擋住P3和P1、P2的像。故選B、D。探究點二實驗誤差的分析【例2】

在利用插針法測量玻璃折射率的實驗中:(1)甲同學在紙上正確畫出玻璃磚的兩個界面aa'和bb'后,不小心碰了玻璃磚使它向aa'方向平移了少許,如圖甲所示。則他測出的折射率將

(選填“偏大”“偏小”或“不變”);

(2)乙同學在畫界面時,不小心將兩界面aa'、bb'間距畫得比玻璃磚寬度大些,如圖乙所示,則他測得的折射率

(選填

“偏大”“偏小”或“不變”)。答案

(1)不變

(2)偏小解析

(1)如圖甲所示,入射點為入射光線與aa'直線的交點,出射點為出射光線與bb'直線的交點,兩交點的連線為折射光線,由圖甲可知,測得的入射角、折射角與真實的入射角、折射角相等,因此測得的折射率將不變。(2)如圖乙所示,乙同學利用插針法確定入射光線、折射光線后,測得的入射角不受影響,但測得的折射角比真實的折射角偏大,因此測得的折射率偏小。方法技巧

解決此類誤差問題的思路(1)畫出正確操作和因操作不當的光路圖。(2)分析入射角、折射角相對于真實角的變化情況。(3)根據

分析折射率的變化情況。探究點三實驗方案的創新【例3】

(2023山東煙臺期末)某實驗小組的同學用直角三棱鏡做“測定玻璃折射率”的實驗。他們先在白紙上畫出三棱鏡的輪廓,然后放好三棱鏡,在垂直于AB的方向上插上兩枚大頭針P1和P2,在棱鏡的左側觀察,當P1的像恰好被P2的像擋住時,插上大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像,再插上大頭針P4,使P4擋住P3和P1、P2的像。移去三棱鏡和大頭針,大頭針在紙上的位置如圖所示。(1)將圖中的光路圖補充完整;(2)根據圖中所給數據,可得該玻璃的折射率n=

。

答案

(1)見解析

(2)解析

(1)光路圖如圖甲所示甲

(2)根據幾何關系可知光線在AC面的入射角為30°,根據折射定律可得學以致用·隨堂檢測全達標121.(多選)在做測量玻璃磚的折射率的實驗時,下列關于實驗要求的敘述正確的是(

)A.玻璃磚的寬度宜大些B.大頭針應垂直地插在紙面上C.每邊的兩個大頭針的距離近些容易觀察D.在插P4時,只要擋住P3的光線就行,與P1、P2無關AB解析

玻璃磚寬度大些,入射光、出射光與界面的交點偏移距離大,便于畫圖和測量。大頭針垂直插在紙上可減少誤差,每邊的兩個大頭針的距離過近,測量誤差較大,在插P4時要擋住P3和P1、P2的像,與P1、P2有關。故A、B項正確。122.某同學由于沒有量角器,他在完成了光路圖后,以O點為