2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十四章 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波 光 電磁波與相對(duì)論 實(shí)驗(yàn)十五 測(cè)定玻璃的折射率學(xué)案.doc
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實(shí)驗(yàn)十五 測(cè)定玻璃的折射率 1.實(shí)驗(yàn)原理 如圖1所示,當(dāng)光線AO以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時(shí),通過插針法找出跟入射光線AO對(duì)應(yīng)的出射光線O′B,從而求出折射光線OO′和折射角θ2,再根據(jù)n=或n=計(jì)算出玻璃的折射率. 圖1 2.實(shí)驗(yàn)器材 木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆. 3.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)用圖釘把白紙固定在木板上. (2)在白紙上畫一條直線aa′,并取aa′上的一點(diǎn)O為入射點(diǎn),作過O點(diǎn)的法線NN′. (3)畫出線段AO作為入射光線,并在AO上插上P1、P2兩根大頭針. (4)在白紙上放上玻璃磚,使玻璃磚的一條長(zhǎng)邊與直線aa′對(duì)齊,并畫出另一條長(zhǎng)邊的對(duì)齊線bb′. (5)眼睛在bb′的一側(cè)透過玻璃磚觀察兩個(gè)大頭針并調(diào)整視線方向,使P1的像被P2的像擋住,然后在眼睛這一側(cè)插上大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像,再插上P4,使P4擋住P3和P1、P2的像. (6)移去玻璃磚,拔去大頭針,由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線O′B及出射點(diǎn)O′,連接O、O′得線段OO′. (7)用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2. (8)改變?nèi)肷浣?,重?fù)實(shí)驗(yàn),算出不同入射角時(shí)的,并取平均值. 1.?dāng)?shù)據(jù)處理 (1)計(jì)算法:用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角時(shí)的,并取平均值. (2)作sinθ1-sinθ2圖象:改變不同的入射角θ1,測(cè)出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2的圖象,由n=可知圖象應(yīng)為直線,如圖2所示,其斜率為折射率. 圖2 (3)“單位圓”法確定sinθ1、sinθ2,計(jì)算折射率n. 以入射點(diǎn)O為圓心,以一定的長(zhǎng)度R為半徑畫圓,交入射光線OA于E點(diǎn),交折射光線OO′于E′點(diǎn),過E作NN′的垂線EH,過E′作NN′的垂線E′H′.如圖3所示,sinθ1=,sinθ2=,OE=OE′=R,則n==.只要用刻度尺量出EH、E′H′的長(zhǎng)度就可以求出n. 圖3 2.注意事項(xiàng) (1)用手拿玻璃磚時(shí),手只能接觸玻璃磚的毛面或棱,不能觸摸光潔的光學(xué)面,嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)尺子畫玻璃磚的另一邊bb′. (2)實(shí)驗(yàn)過程中,玻璃磚在紙上的位置不可移動(dòng). (3)大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上,且玻璃磚每?jī)擅洞箢^針P1與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)大一點(diǎn),以減小確定光路方向時(shí)造成的誤差. (4)實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角不宜過小,否則會(huì)使測(cè)量誤差過大,也不宜過大,否則在bb′一側(cè)將看不到P1、P2的像. 命題點(diǎn)一 教材原型實(shí)驗(yàn) 例1 如圖4所示,某同學(xué)用插針法測(cè)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為分界線,虛線半圓與玻璃磚對(duì)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). 圖4 (1)設(shè)AB的長(zhǎng)度為l1,AO的長(zhǎng)度為l2,CD的長(zhǎng)度為l3,DO為的長(zhǎng)度為l4,為較方便地表示出玻璃磚的折射率,需用刻度尺測(cè)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(shí)針轉(zhuǎn)過一小角度,由此測(cè)得玻璃磚的折射率將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”). 答案 (1)l1和l3 n= (2)偏大 解析 (1)sin θ1=,sin θ2=,因此玻璃的折射率n===,因此只需測(cè)量l1和l3即可. (2)當(dāng)玻璃磚順時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度時(shí),在處理數(shù)據(jù)時(shí),認(rèn)為l1是不變的,即入射角不變,而l3減小,所以測(cè)量值n=將偏大. 1.某同學(xué)利用“插針法”測(cè)定玻璃的折射率,所用的玻璃磚兩面平行.正確操作后,作出的光路圖及測(cè)出的相關(guān)角度如圖5所示. 圖5 (1)此玻璃的折射率計(jì)算式為n=________(用圖中的θ1、θ2表示). (2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇,為了減小誤差,應(yīng)選用寬度________(填“大”或“小”)的玻璃磚來測(cè)量. 答案 (1) (2)大 解析 (1)光線由空氣射入玻璃的入射角i=90-θ1,折射角r=90-θ2,由折射率的定義可得:n===,根據(jù)平行玻璃磚對(duì)光線的影響可知,玻璃磚寬度越大,側(cè)移量越大,折射角的測(cè)量誤差越?。? 2.在用插針法測(cè)定玻璃磚的折射率的實(shí)驗(yàn)中,甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面aa′、bb′與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖6①、②和③所示,其中甲、丙兩同學(xué)用的是矩形玻璃磚,乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚.他們的其他操作均正確,且均以aa′、bb′為界面畫光路圖. 圖6 (1)甲同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”). (2)乙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”). (3)丙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比________. 答案 (1)偏小 (2)不變 (3)可能偏大、可能偏小、可能不變 解析 (1)用圖①測(cè)定折射率時(shí),玻璃中折射光線偏折大了,所以折射角增大,折射率變??;(2)用圖②測(cè)定折射率時(shí),只要操作正確,與玻璃磚形狀無關(guān);(3)用圖③測(cè)定折射率時(shí),無法確定折射光線偏折的大小,所以測(cè)得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不變. 命題點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 例2 某同學(xué)測(cè)量玻璃磚的折射率,準(zhǔn)備了下列器材:激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚.如圖7所示,直尺與玻璃磚平行放置,激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點(diǎn)射向玻璃磚表面,在直尺上觀察到A、B兩個(gè)光點(diǎn),讀出OA間的距離為20.00cm,AB間的距離為6.00cm,測(cè)得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d1=10.00cm,玻璃磚厚度d2=4.00cm.玻璃的折射率n=________,光在玻璃中傳播速度v=________m/s(光在真空中傳播速度c=3.0108 m/s,結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字). 圖7 答案 1.2 2.5108 解析 作出光路圖如圖所示,根據(jù)幾何知識(shí)可得入射角i=45,折射角r=37,故折射率n=≈1.2,故v==2.5108 m/s. 3.某同學(xué)用半圓形玻璃磚測(cè)定玻璃的折射率(如圖8所示).實(shí)驗(yàn)的主要過程如下: 圖8 A.把白紙用圖釘釘在木板上,在白紙上作出直角坐標(biāo)系xOy,在白紙上畫一條線段AO表示入射光線. B.把半圓形玻璃磚M放在白紙上,使其底邊aa′與Ox軸重合. C.用一束平行于紙面的激光從y>0區(qū)域沿y軸負(fù)方向射向玻璃磚,并沿x軸方向調(diào)整玻璃磚的位置,使這束激光從玻璃磚底面射出后,仍沿y軸負(fù)方向傳播. D.在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2. E.在坐標(biāo)系y<0的區(qū)域內(nèi)豎直地插上大頭針P3,并使得從P3一側(cè)向玻璃磚方向看去,P3能同時(shí)擋住P1和P2的像. F.移開玻璃磚,連接O、P3,用圓規(guī)以O(shè)點(diǎn)為圓心畫一個(gè)圓(如圖中虛線所示),此圓與AO線交點(diǎn)為B,與OP3線的交點(diǎn)為C.確定出B點(diǎn)到x軸、y軸的距離分別為x1、y1,C點(diǎn)到x軸、y軸的距離分別為x2、y2. (1)若實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)沒有將玻璃磚的底邊aa′與Ox軸重合,而是向y>0方向側(cè)移了一些,這將導(dǎo)致所測(cè)的玻璃折射率與其真實(shí)值相比________.(選填“偏大”“不變”或“偏小”) (2)若實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)在y<0的區(qū)域內(nèi),從任何角度都無法透過玻璃磚看到P1、P2,為能透過玻璃磚看到P1、P2,應(yīng)采取的措施是:______________________. 答案 見解析 解析 (1)折射率n=,玻璃磚的底邊aa′與Ox軸未重合而向y>0方向側(cè)移了一些,導(dǎo)致測(cè)量的x2偏大,x1偏小,所以玻璃的折射率的測(cè)量值與真實(shí)值相比偏大; (2)在y<0的區(qū)域內(nèi),從任何角度都無法透過玻璃磚看到P1、P2,說明光線AO在界面aa′上發(fā)生了全反射.應(yīng)該減小光線AO的入射角. 4.某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測(cè)半圓形玻璃磚的折射率.開始玻璃磚的位置如圖9中實(shí)線所示,使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上,該直線垂直于玻璃磚的直徑邊,然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像,且P2的像擋住P1的像.如此觀察,當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時(shí),上述現(xiàn)象恰好消失.此時(shí)只需測(cè)量出__________,即可計(jì)算出玻璃磚的折射率.請(qǐng)用你測(cè)量的量表示出折射率n=________. 圖9 答案 玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度θ 解析 玻璃磚轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),射在其直徑所在平面內(nèi)的光線的入射角增大,當(dāng)增大到等于臨界角θ時(shí),發(fā)生全反射現(xiàn)象.因sin θ=,可見只要測(cè)出臨界角即可求得折射率n,而θ和玻璃磚直徑繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度相等,因此只要測(cè)出玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度即可. 5.小明同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用刻度尺測(cè)半圓形玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn),如圖10所示,他進(jìn)行的主要步驟是: 圖10 A.用刻度尺測(cè)玻璃磚的直徑AB的大小d. B.先把白紙固定在木板上,將玻璃磚水平放置在白紙上,用筆描出玻璃磚的邊界,將玻璃磚移走,標(biāo)出玻璃磚的圓心O、直徑AB、AB的法線OC. C.將玻璃磚放回白紙的原處,長(zhǎng)直尺M(jìn)N緊靠A點(diǎn)并與直徑AB垂直放置. D.調(diào)節(jié)激光器,使PO光線從玻璃磚圓弧面沿半徑方向射向圓心O,并使長(zhǎng)直尺M(jìn)N的左右兩側(cè)均出現(xiàn)亮點(diǎn),記下左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1,右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x2.則: (1)小明利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算此玻璃磚折射率的表達(dá)式為n=________. (2)關(guān)于上述實(shí)驗(yàn),以下說法正確的是________. A.在∠BOC的范圍內(nèi),改變?nèi)肷涔饩€PO的入射角,直尺M(jìn)N上可能只出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn) B.左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1一定小于右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x2 C.左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1一定大于右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x2 D.要使左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1增大,應(yīng)減小入射角 答案 (1) (2)ABD 解析 (1)設(shè)光線在AB面上的入射角為α,折射角為β,根據(jù)幾何關(guān)系有:sinα=,sinβ=.則折射率n==. (2)當(dāng)入射角大于等于發(fā)生全反射的臨界角時(shí),只有反射沒有折射,則直尺M(jìn)N上只出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn),故A正確.光從玻璃射入真空,折射角大于入射角,通過幾何關(guān)系知,x1- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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