2022年高中物理 第四章4.2《測(cè)定介質(zhì)的折射率》教案 粵教版選修3-4

2022年高中物理 第四章4.2測(cè)定介質(zhì)的折射率教案 粵教版選修3-4【重要知識(shí)提示】 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原?(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定玻璃的折射率，掌握光發(fā)生折射時(shí)入射角和折射角的確定方法。 (2)實(shí)驗(yàn)原理 。 如圖3-80所示，用插針?lè)ㄕ页雠c入射光線AO對(duì)應(yīng)的出射光線OB，確定出O點(diǎn)，畫出折射光線00，然后測(cè)量出角和，根據(jù)計(jì)算玻璃的折射率。 2實(shí)驗(yàn)器材 白紙，圖釘，大頭針，直尺，鉛筆，量角器，平木板，長(zhǎng)方形玻璃磚。 3實(shí)驗(yàn)步驟及調(diào)整安裝 (1)將白紙用圖釘按在繪圖板上。 (2)在白紙上畫出一條直線aa作為界面(線)，過(guò)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(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上，使它的長(zhǎng)邊跟aa對(duì)齊，畫出玻璃磚的另一邊NN (4)在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2，透過(guò)玻璃磚觀察大頭針Pl、P2的像，調(diào)整視線方向，直到P2檔住P1的像。再在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3檔住Pl、P2的像，P4檔住P3及P1、P2的像，記下P3、P4的位置。 (5)移去大頭針和玻璃磚，過(guò)P3、P4所在處作直線OB，與bb交于0，直線0B就代表了沿AO方向入射的光線通過(guò)玻璃磚后的傳播方向。 (6)連接00，入射角a=AON，折射角=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300、450、600時(shí)的折射角，查出它們的正弦值，填人表格中。 (8)算出不同入射角時(shí)的比值面，最后求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測(cè)面的平均值，即為玻璃磚折射率的測(cè)量值。 4注意事項(xiàng) (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P2與O點(diǎn)之間、P3與P4之間、P3與0之間距離要稍大一些。 (2)入射角a應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測(cè)量角度的誤差。但入射角不宜太大，也不宜太小。 (3)在操作時(shí)，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面。更不能用玻璃磚界面代替直尺畫界線。 (4)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚與白紙的相對(duì)位置不能改變。 (5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上。若寬度太小，則測(cè)量誤差較大。 5數(shù)據(jù)處理及誤差分析 此實(shí)驗(yàn)是通過(guò)測(cè)量入射角和折射角，然后查數(shù)學(xué)用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代人中求玻璃的折射率。除運(yùn)用此方法之外，還有以下處理數(shù)據(jù)的方法： 處理方式(1)：在找到人射光線和折射光線以后，以入射點(diǎn)0為圓心，以任意長(zhǎng)為半徑畫圓，分別與AO交于C點(diǎn)，與00(或00的延長(zhǎng)線)交于D點(diǎn)，過(guò)C、D兩點(diǎn)分別向NNl作垂線，交NN于C、D，用直尺量出CC和DD的長(zhǎng)。如圖3-81所示。 由于， 而CO=DO 所以折射率 重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，求得各次折射率計(jì)算值，然后求其平均值即為玻璃磚折射率的測(cè)量值： 處理方式(2)：根據(jù)折射定律可得 因此有 在多次改變?nèi)肷浣恰y(cè)量相對(duì)應(yīng)的入射角和折射角正弦值基礎(chǔ)上，以sina值為橫坐標(biāo)、以sin值為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系。如圖3-82所示。描數(shù)據(jù)點(diǎn)，過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得一條過(guò)原點(diǎn)的直線。 求解圖線斜率，設(shè)斜率為k，則。 7Z 故玻璃磚折射率【典型范例導(dǎo)析】 【例1】 某同學(xué)用插針?lè)y(cè)定玻璃磚的折射率，他的實(shí)驗(yàn)方法和操作步驟正確無(wú)誤。但他處理實(shí)驗(yàn)記錄時(shí)發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個(gè)光學(xué)面aa與bb不平行，如圖3-83所示。則： AP1P2與P3P4兩條直線平行 BP1P2與P3P4兩條直線不平行 C他測(cè)出的折射率偏大 D他測(cè)出的折射率不受影響 解析如圖3-83所示在光線由繃面進(jìn)入玻璃磚的偏折現(xiàn)象中：由折射定律 在光線由bb射出玻璃磚的現(xiàn)象中，同理 若aa與bb平行，則i=，因此=。此時(shí)入射光線AO與出射光線OB平行。 若aa與bb不平行，則i，因此。此時(shí)入射光線AO與出射光線OB不平行。選項(xiàng)B正確。 在具體測(cè)定折射率時(shí)，要求實(shí)驗(yàn)方法、光路均準(zhǔn)確無(wú)誤，折射率的測(cè)量值應(yīng)不受aa與bb是否平行的影響，選項(xiàng)D正確。 答案：B、D 點(diǎn)評(píng) (1)入射光線與出射光線是否平行，取決于玻璃磚兩界面aa與bb是否平行。 (2)利用插針?lè)ù_定光的入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，從而確定入射光線和折射光線。此方法可適合應(yīng)用平行玻璃磚、棱鏡、圓柱形玻璃體等。 【例2】 在利用插針?lè)y(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中： (1)甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個(gè)界面aa和bb后，不自覺(jué)地碰了玻璃磚使它向aa方向平移了少許，如圖3-84所示。則他測(cè)出的折射率值將_(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)； (2)乙同學(xué)在畫界面時(shí)，不自覺(jué)地將兩界面aa、bb間距畫得比玻璃磚寬度 大些，如圖3-85所示，則他測(cè)得折射率_(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)。 解析 (1)如圖3-86所示，甲同學(xué)利用插針?lè)ù_定入射光線、折射光線后，測(cè)得的入射角、折射角沒(méi)有受到影響，因此測(cè)得的折射率將不變。 (2)如圖3-87所示，乙同學(xué)利用插針?lè)ù_定人射光線、折射光線后，測(cè)得的入射角不受影響，但測(cè)得的折射角比真實(shí)的折射角偏大，因此測(cè)得的折射率偏小。 【能力跟蹤訓(xùn)練】 1一位同學(xué)模仿用玻璃磚測(cè)定玻璃折射率方法，改用玻璃三棱鏡測(cè)定玻璃的折射率，他的主要步驟如下： A在白紙上放一玻璃三棱鏡并畫出它的三邊，AB、BC和CA； B以AB界面畫一條線段DO作為人射線，并在DO上豎直地插上兩枚大頭針P1和P2； C在AC的一側(cè)豎直地插上大頭針P3時(shí)，用眼睛觀察并調(diào)整視線使P3同時(shí)能擋住P1P2的像； D同樣，在AC的一側(cè)再豎直地插上大頭針P4時(shí)，用眼睛觀察并調(diào)整視線使P4同時(shí)能擋住P3和P1 P2的像； E記下P3、P4的位置移去玻璃三棱鏡，過(guò)P3P4引直線O'E與AC交于O，過(guò)0點(diǎn)畫界面AB的法線NN。 你能否根據(jù)他的實(shí)驗(yàn)記錄測(cè)出玻璃的折射率?若能，請(qǐng)你在圖3-88上標(biāo)出入射角和折射角，并用三角函數(shù)值表示玻璃的折射率。 2在用插針?lè)y(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)操作步驟如下： 將記錄光路的白紙鋪放在平木板上； 手拿玻璃磚的毛面或棱，將其輕放在白紙上； 用鉛筆環(huán)繞玻璃磚畫出邊界aa和bb； 在aa上選擇一點(diǎn)0，作為不同入射角的入射光線的共同入射點(diǎn)，畫出入射角i分別為00、300、45。的入射光線； 用“插針?lè)ā狈謩e得到各條入射光線的折射光線，觀察時(shí)著重看大頭針針帽是否在一條直線上，取下玻璃磚，大頭針，連接各針孔，發(fā)現(xiàn)所畫折射光線中有兩條相交，量出各個(gè)折射角r； 按公式分別計(jì)算，取三個(gè)值的算術(shù)平均值。 以上步驟中有錯(cuò)誤或不妥之處的是_；應(yīng)改正為：_。 3在測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)一塊兩面平行的玻璃磚，用插針?lè)ㄕ页雠c入射光線對(duì)應(yīng)的出射光線，現(xiàn)有甲、乙、丙、丁四位同學(xué)分別做出如圖3-89所示的四組插針結(jié)果。 從圖上看，肯定把大頭針插錯(cuò)了的同學(xué)是_。 從圖上看，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度最高的同學(xué)是_。 4某同學(xué)在做測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中，記錄如圖3-90所示，P1、P2、P3、P4為大頭針位置，如果aa和bb畫得不嚴(yán)格與折射面平行，畫成圖示中虛線位置，則使得折射率_(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)。 5某同學(xué)在測(cè)定一厚度均勻的圓柱形玻璃的折射率時(shí)，先在白紙上作一與玻璃圓柱同半徑的圓，圓心為0，將玻璃圓柱平放在白紙上，使其邊界與所畫的圓重合，在玻璃一側(cè)豎直插兩枚大頭針P1和P2，在另一側(cè)再先后插兩枚大頭針P3和P4，使從另一側(cè)隔著玻璃觀察時(shí)，大頭針P4、P3和P2、P1的像恰好在一條直線上，移去玻璃圓柱和大頭針后，在白紙上得到如圖3-91所示，在圖中畫出： 沿P1、P2連線方向的入射線通過(guò)圓形玻璃后的傳播方向； 光線在玻璃內(nèi)的傳播方向； 在光線的入射點(diǎn)作法線，標(biāo)出入射角和折射角； 寫出計(jì)算玻璃折射率的公式(不必計(jì)算)?！敬鸢概c提示】 1能根據(jù)該同學(xué)的記錄測(cè)定玻璃的折射率，如圖3-92所示，設(shè)人射角DON=，折射角OON=，由折射定律得： 2其中、有錯(cuò)誤或不要；在中應(yīng)使直尺與玻璃磚的界面對(duì)齊，移開(kāi)玻璃磚后再畫邊界線；在中入射角要取00以外的五組數(shù)據(jù)；在中大頭針要豎直插牢，觀察時(shí)看針腳是否在同一條直線上； 3肯定插錯(cuò)了的同學(xué)是乙，測(cè)量締果最準(zhǔn)確的是丁 4偏小 5如圖3-93； 玻璃折射率。