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【创新设计】2014-2015学年高中物理 4.2 实验探究:测定玻璃的折射率课件 教科版选修3-4

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高中物理· 选修3-4· 教科版

第四章 光的折射
4.2 实验探究:测定玻璃的折射率

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[目标定位] 1.通过实验了解平行玻璃砖的光 学性质.2.会用“插针法”测定玻璃的折射 率.

预习导学

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一、实验器材 大头针四枚 两对面 的玻璃砖一块、 、 平行 白纸一张、直尺一把或三角板一个、量角器 一个.

预习导学
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二、实验原理
如图4-2-1所示,当光线AB以 一定入射角i穿过两面平行的玻 璃砖时,通过插针法找出跟入 射光线AB对应的出射光线CD, 从而画出折射光线BC,量出折 sin i 射角r,再根据n= sin r 算出 玻璃的折射率.

图4-2-1

课堂讲义

一、实验步骤 ? 1. 如图4-2-2所示,将白纸用图钉钉在平木 板上.
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图4-2-2

课堂讲义
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2.在白纸上画出一条直线EE′作为两种介质 的分界面,过 EE′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. 3.把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边 跟EE′对齐,画出玻璃砖的另一边FF′. 4 .在直线 AO 上竖直插上两枚大头针 G1 、 G2 , 透过玻璃砖观察大头针 G1 、G2 的像,调整视 线方向直到 G2的像挡住 G1 的像.再在观察者 一侧竖直插上两枚大头针 G3、G4,使G3挡住 G1、G2的像,G4挡住G3本身及G1、G2的像, 记下G3、G4的位置.

课堂讲义

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5.移去大头针和玻璃砖,过G3、G4所在处作 直线O′B与FF′交于O′,直线O′B就代表 了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播 方向. 6.连接OO′,入射角i=∠AON,折射角r= ∠ O′ON′,用量角器量出 i 和 r ,从三角函 数表中查出它们的正弦值,把这些数据记录 在自己设计的表格中. 7.用上述方法测出入射角分别为15°、30°、 45°、 60°、 75°时的折射角,查出它们的

课堂讲义
sin i 8.算出不同入射角下的正弦比值 ,最后求出在几次实验中 sin r sin i 比值 的平均值,即为玻璃砖的折射率. sin r
9.数据处理 (1)作图法:为了减小误差,可以用作图法求出折射率,改 变不同的入射角i,测出不同的折射角r,以sin r为横坐标, sin i sin i为纵坐标,做出sin i-sin r图像,由n= 可知图像应 sin r 为直线,则直线的斜率就表示玻璃的折射率.

课堂讲义
(2)直尺圆规测量法:如图4-2-3所示,以O点为圆心,以一定 长R为半径,画一个圆交入射光线于E点,交折射光线OO′于 E′,过E做NN′的垂线EH,过E′做NN′的垂线E′H′, E′H′ EH 如右图所示,sin i= ,sin r= , OE OE′ sin i EH OE=OE′=R,则n= = . sin r E′H′ 只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度 就可以求出n.

图4-2-3

课堂讲义
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【例1】 在“测定玻璃的折射率”实验中, 某同学经正确操作,插好了4枚大头针P1、P2 和P3、P4,,如图4-2-4所示.

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图4-2-4

课堂讲义
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(1) 在坐标线上画出完整的光路图,并标出入 射角i和折射角r; ? (2) 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=________(保留二位有效 数字). ? 解析 (1) 据光线通过平行玻璃砖,经玻璃砖 折射,入射光线和折射光线将保持平行,那 么将入射光线P1P2与玻璃砖上边界的交点作为 入射点,过入射点作上边界的垂线作为法线, 则可作出入射角 i ,将出射光线 P3P4 与玻璃砖 下边界的交点作为出射点,将入射点与出射

课堂讲义
sin i 2 (2)据折射率n= ,据图纸中的格子数,可知sin i= ,sin r sin r 2 1 = ,那么折射率n= 2=1.4. 2
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答案 (1)如图所示 (2)1.4

课堂讲义 针对训练 某同学由于没有量 角器,他在完成了光路图后, 以O点为圆心,10 cm为半径画 圆,分别交线段OA于A点,交 线段OO′的延长线于C点,过 A点作法线NN′的垂线AB交 NN′于B点,过C点作法线 NN′的垂线CD交NN′于D点, 如图4-2-5所示.用刻度尺量 得OB=8 cm,CD=4 cm,由 此可得出玻璃的折射率n=

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图4-2-5

课堂讲义

解析 由题图可知sin

AB ∠AOB= ,sin OA

CD ∠DOC= ,OA OC

sin ∠AOB AB 102-82 sin i =OC=R,根据n= 知,n= = = sin r CD 4 sin ∠DOC =1.5.
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答案 1.5

课堂讲义 ? 二、实验注意事项 ? 1.实验中,玻璃砖在纸上位置不可移动. ? 2.不能用手触摸玻璃砖光洁面,更不能把玻 璃砖当尺子用. ? 3.大头钉应竖直插在白纸上,且玻璃砖每一 侧两枚大头针 P1 与 P2 间、 P3 与 P4 间的距离应 适当大些,以减小确定光路方向时造成的误 差. ? 4.实验中入射角不宜过小,否则会使测量误 差大,也不宜过大. ? 5.本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃 砖,而是采用三棱镜、半圆形玻璃砖等,那

课堂讲义
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【例2】 在用插针法测定玻璃砖折射率的实 验中,甲、乙、丙三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4 -2-6①、②和③所示,其中甲、丙两同学 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”).
图4-2-6

课堂讲义
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乙同学测得的折射率与真实值相比 ________(填“偏大”“偏小”或“不变”). ?丙 同 学 测 得 的 折 射 率 与 真 实 值 相 比 _________________________ _______________________________________ ________. ? 解析 用图①测定折射率时,玻璃中折射光 线偏折大了,所以折射角增大,折射率减小; 用图②测定折射率时,只要操作正确,与玻 璃砖形状无关;用图③测定折射率时,无法 确定折射光线偏折的大小,所以测得的折射


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