资源简介

(共51张PPT)
科学测量：玻璃的折射率(实验课——基于经典科学探究)
第 2 节
实验准备——原理、器材和装置
实验操作——过程、细节和反思
01
02
CONTENTS
目录
实验考法——基础、变通和创新
训练评价——巩固、迁移和发展
03
04
实验准备——原理、器材和装置
一、实验装置
二、实验原理
当光从空气射入玻璃时，根据折射定律=n，测出入射角i和折射角r，就可计算出玻璃的折射率。
如图所示，透过玻璃砖观察大头针P1、P2，调整视线方向，直到P2的像挡住P1的像。再在观察者同一侧依次插入大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像。这样，P1、P2以及P3、P4的连线分别代表入射光和经玻璃砖折射后射出的光，由此便可画出光路图并测出入射角和折射角。
实验操作——过程、细节和反思
一、实验步骤
1.把白纸固定在木板上，再将玻璃砖放在白纸上。用铅笔描出界面aa'、bb'，利用两枚大头针确定入射光的方向。
2.用两枚大头针在玻璃砖的另一侧确定出射光的方向。
3.取走玻璃砖，根据入射光和出射光的方向确定入射点O和出射点E，连接OE即为玻璃砖内部的折射光，画出过入射点O的法线NN'。
4.根据画出的光路图测量入射角i、折射角r，填入设计的表格中。计算玻璃的折射率n=。
5.重复以上实验步骤多次，最后求出玻璃折射率的平均值。
二、数据处理
1.平均值法
算出不同入射角时的比值 ，最后求出在几次实验中所测 的平均值，即为玻璃砖的折射率。
2.图像法
以sin i值为横坐标、sin r值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示。描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。求解图线斜率k，则k==，故玻璃砖折射率n=。
3.作图法
在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为
圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，
与OO'(或OO'的延长线)交于D点，过C、D两点分别
向NN'作垂线，交NN'于C'、D'，用直尺量出CC'和
DD'的长，如图所示。由于sin i=，sin r=，且CO=DO，所以折射率n==。
1.利用“插针法”能否测定三棱镜(如图)的折射率呢
关键点反思
提示：可以。
2.为减小测量误差，选择玻璃砖时，宽度宜大些还是小些 为什么
提示：大些。因为玻璃砖宽度大些可以减小角度的测量误差。
3.为了减小测量误差，对入射角i有什么要求
提示：入射角i要适中，不要太小，否则折射角r也太小，用量角器测量角度时，相对误差较大。
实验考法——基础、变通和创新
[例1]　在“测量玻璃的折射率”的实验中：
(1)操作步骤如下：
①先在白纸上画出一条直线aa'代表两种介质的界面，过aa'上的O点画出界面的法线NN'，并画一条线段AO作为入射光线。
②把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa'对齐。
考法(一)　实验基本操作
③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像。调整视线方向，直到P1的像被P2的像挡住。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，记下P3、P4的位置。
④移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，测量出入射角θ1与折射角θ2，填入表格中。
上述操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是_________________________________________________________________________________________________________。
步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一长边bb'；步骤④中应通过P3、P4的连线与bb'的交点，作出玻璃砖中的折射光线
[解析]　本实验用插针法测量玻璃的折射率，实验原理是折射定律，操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是：步骤②中，把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa'对齐，应在白纸上画出玻璃砖的另一长边bb'，作为玻璃砖与空气的下边界；步骤④中，连接P3、P4作为出射光线，还应作出玻璃砖中的折射光线，故应通过P3、P4的连线与bb'的交点，作出玻璃砖中的折射光线。
(2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2，并作出了sin θ1 sin θ2的图像如图所示。则下列说法正确的是_____。
A.实验时，光线是由空气射入玻璃
B.实验时，光线是由玻璃射入空气
C.玻璃的折射率为0.67
D.玻璃的折射率为1.5
BD
[解析]　因入射角的正弦值小于折射角的正弦值，则光线是由玻璃射向空气，选项A错误，B正确；图像斜率的倒数表示折射率，玻璃的折射率为n===1.5，选项C错误，D正确。
[微点拨]
(1)“插针法”的目的是由入射点、入射光线寻找折射光线，画出光路图，确定入射角和折射角。
(2)计算介质的折射率时，首先要分清光是从真空(或空气)中射入介质，还是从介质中射入真空(或空气)。如[例1]中入射角θ1小于折射角θ2，可判断光是由玻璃射入空气，折射率n=，所以sin θ1 sin θ2图像斜率的倒数为折射率。
[例2]　(1)某实验小组利用“插针法”测量玻璃的折射
率的实验光路如图甲所示，实验所用玻璃砖的上表面AD
与下表面BC不平行，出射光线O'G与入射光线PO_______
(选填“平行”或“不平行”)；对实验数据的处理可采用以入射点O为圆心，取某一单位长度为半径作圆，该圆与入射光线PO交于M点，与折射光线OO'的延长线交于E点，过M、E点分别向法线作垂线，其垂足分别为N、F，现测得MN=1.66 cm，EF=1.12 cm，则该玻璃砖的折射率n=______ (结果保留三位有效数字)。
考法(二)　数据处理和误差分析
不平行
1.48
[解析]　因为上下表面不平行，光线在上表面的折射角与在下表面的入射角不相等，可知出射光线和入射光线不平行；设光线在AD面的入射角为θ1，折射角为θ2，根据折射定律可得n====≈1.48。
(2)某同学在“利用插针法测量玻璃的折射率”的实验中，如图乙所示，在纸上画玻璃砖下界面bb'时，误将bb'向下画至图中虚线位置，而其他操作均正确，则该同学测得的玻璃砖折射率将______ (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
偏小
[解析]　实际的光路如图中实线所示，
实验作图时的光路如图中虚线所示
由图可知，在玻璃砖上表面，入射角没有误差，
测得的折射角偏大，根据折射定律n=可知，
测得的折射率偏小。
[例3]　某同学测量玻璃的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离为d1=10.00 cm，玻璃砖厚度d2=4.00 cm。
考法(三)　源于经典实验的创新考查
此玻璃的折射率n=_____，光在玻璃中传播速度v=__________m/s
(光在真空中传播速度c=3.0×108 m/s，结果均保留两位有效数字)。
1.2
2.5×108
[解析]　作出光路图如图所示，根据几何知识可得tan i==1，tan r
==，可得sin i=，sin r=，故折射率n=≈
1.2。光在玻璃中的传播速度v==2.5×108 m/s。
[创新分析]
(1)利用一面镀有反射膜的平行玻璃砖替代两面平行的一般玻璃砖。
(2)利用玻璃砖对反射光点的侧移确定折射光路。
训练评价——巩固、迁移和发展
1.(2024·浙江6月选考)如图所示，用“插针法”测量
一等腰三角形玻璃砖(侧面分别记为A和B、顶角大小为θ)
的折射率。
（1）在白纸上画一条直线ab，并画出其垂线cd，交于O点；
（2）将侧面A沿ab放置，并确定侧面B的位置ef；
（3）在cd上竖直插上大头针P1和P2，从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2，插上大头针P3，要求P3能挡住________ (选填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虚像；
P1和P2
解析：要求P1和P2在同一条光线上，该光线透过玻璃砖后过P3，故P3要能挡住P1和P2的虚像；
（4）确定出射光线的位置________(选填“需要”或“不需要”)第四枚大头针；
不需要
解析：cd与ab垂直，则过P1和P2的光线与ab垂直，光垂直入射时传播方向不变，可确定ef边上的入射点，此时只需要找到出射光线上的一点即可确定出射光线，不需要插第四枚大头针；
（5）撤去玻璃砖和大头针，测得出射光线与直线ef的夹角为α，则玻璃砖折射率n=_______。
解析：根据几何关系可知，入射角为θ，折射角为-α，
故n==。
2.用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧依次插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线。
(1)在图上补画出所需的光路。
解析：连接P3、P4与 交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，由于P1、P2的连线与 的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示。
(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角i和折射角r，请在图中的AB分界面上画出这两个角。
解析：连接O点与光线在 上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如图中i、r所示。
(3)用所测物理量计算折射率的表达式为n=______。
解析：由折射定律可得n=。
(4)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n=____。
解析：图像的斜率k==n，由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5。
1.5
3.(2024·安徽高考)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。
(1)为测量玻璃的折射率，按如图甲所示进行实验，以下表述正确的一项是___。(填正确答案标号)
B
A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a'
B.在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2
C.实验时入射角θ1应尽量小一些，以减小实验误差
解析：在白纸上画出一条直线a作为界面，把玻璃砖放在白纸上，使它的一条长边与a对齐，用直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线a'代表玻璃砖的另一边，而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a'，故A错误；根据测量玻璃的折射率实验步骤，B选项符合实验过程，故B正确；实验时入射角θ1应尽量大一些，但也不能太大(接近90°)，以减小实验误差，故C错误。
(2)为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示。此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关，频率大，折射率___ (填“大”或“小”)。
大
解析：由题图乙可知，入射角相同，绿光的折射角小于红光的折射角，根据光的折射定律n=可知，绿光的折射率大于红光的折射率，又因为绿光的频率大于红光的频率，所以频率大，折射率大。
(3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束激光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1，测得折射角分别为α2、α3，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃_____n介质(填“>”或“<”)。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。
>
解析：根据折射定律可知，玻璃的折射率为n玻璃=，透明介质的折射率为n介质=，其中α2<α3，所以n玻璃>n介质。
4.(2025·福州高二检测)某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线，如图甲所示，并在入射光线AO上插上大头针P1、P2，现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上大头针P3和P4，便能确定光在玻璃砖中的折射光线。
(1)确定P3位置的方法正确的是____。
A.透过玻璃砖观察，P3挡住P2的像
B.先插上P4大头针，在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置
C.透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像
C
解析：确定P3位置的方法正确的是：透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像，故选C。
(2)经过多次测量作出sin θ1 sin θ2的图像如图乙(θ2为折射角)，玻璃砖的折射率为_____。(保留两位有效数字)
1.5
解析：光路如图1所示，根据n=，可知，sin θ1 sin θ2图像的斜率等于折射率，由题图乙可知玻璃砖的折射率为n=≈1.5。
(3)若该同学在确定P4位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把P4位置画的偏左了一些，则测出来的折射率_____。(选填“偏大”“偏小”或“不变”)
解析：若该同学在确定P4位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把P4位置画的偏左了一些，则P4P3的连线与bb'的交点偏右，测得的折射角θ2偏大，则根据n=可知，测出来的折射率偏小。
偏小
(4)该同学突发其想用两块同样的玻璃直角棱
镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，插
针P1、P2的连线垂直于AB面，若操作无误，则在
图丙中右边的插针应该是___。
A.P3P6　　 B.P3P8　　
C.P5P6　　 D.P7P8
C
解析：光路图如图2所示。根据光路图可知，经过P1P2的光线经第1块玻璃砖的AC面向下偏折，然后射入右侧玻璃砖后水平射出，所以在题图丙中右边的插针应该是P5P6，故选C。
(5)另一位学生为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，
画出的aa'和bb'都比实际的折射面向外侧平移了一些
(如图丁所示)，以后的操作都正确无误，并仍以aa'和
bb'为折射面画出了光路图，这样测出的折射率将_______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析：光路图如图3所示，由图可知n=，
其中β变大，α不变，则n变小，即测量值偏小。
偏小第2节　科学测量:玻璃的折射率
(实验课——基于经典科学探究)
一、实验装置
二、实验原理
　　当光从空气射入玻璃时,根据折射定律=n,测出入射角i和折射角r,就可计算出玻璃的折射率。
如图所示,透过玻璃砖观察大头针P1、P2,调整视线方向,直到P2的像挡住P1的像。再在观察者同一侧依次插入大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像。这样,P1、P2以及P3、P4的连线分别代表入射光和经玻璃砖折射后射出的光,由此便可画出光路图并测出入射角和折射角。
一、实验步骤
1.把白纸固定在木板上,再将玻璃砖放在白纸上。用铅笔描出界面aa'、bb',利用两枚大头针确定入射光的方向。
2.用两枚大头针在玻璃砖的另一侧确定出射光的方向。
3.取走玻璃砖,根据入射光和出射光的方向确定入射点O和出射点E,连接OE即为玻璃砖内部的折射光,画出过入射点O的法线NN'。
4.根据画出的光路图测量入射角i、折射角r,填入设计的表格中。计算玻璃的折射率n=。
5.重复以上实验步骤多次,最后求出玻璃折射率的平均值。
二、数据处理
1.平均值法
算出不同入射角时的比值 ,最后求出在几次实验中所测 的平均值,即为玻璃砖的折射率。
2.图像法
以sin i值为横坐标、sin r值为纵坐标,建立直角坐标系,如图所示。描数据点,过数据点连线得一条过原点的直线。求解图线斜率k,则k==,故玻璃砖折射率n=。
3.作图法
在找到入射光线和折射光线以后,以入射点O为圆心,以任意长为半径画圆,分别与AO交于C点,与OO'(或OO'的延长线)交于D点,过C、D两点分别向NN'作垂线,交NN'于C'、D',用直尺量出CC'和DD'的长,如图所示。由于sin i=,sin r=,且CO=DO,所以折射率n==。
[关键点反思]
1.利用“插针法”能否测定三棱镜(如图)的折射率呢
2.为减小测量误差,选择玻璃砖时,宽度宜大些还是小些 为什么
3.为了减小测量误差,对入射角i有什么要求
考法(一)　实验基本操作
　　[例1]　在“测量玻璃的折射率”的实验中:
(1)操作步骤如下:
①先在白纸上画出一条直线aa'代表两种介质的界面,过aa'上的O点画出界面的法线NN',并画一条线段AO作为入射光线。
②把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa'对齐。
③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像。调整视线方向,直到P1的像被P2的像挡住。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,记下P3、P4的位置。
④移去大头针和玻璃砖,连接P3、P4作为折射光线,测量出入射角θ1与折射角θ2,填入表格中。
上述操作步骤中存在严重的缺漏,应做的补充是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2,并作出了sin θ1 sin θ2的图像如图所示。则下列说法正确的是　　　　。
A.实验时,光线是由空气射入玻璃
B.实验时,光线是由玻璃射入空气
C.玻璃的折射率为0.67
D.玻璃的折射率为1.5
[微点拨]
理解实验的两点关键
(1)“插针法”的目的是由入射点、入射光线寻找折射光线,画出光路图,确定入射角和折射角。
(2)计算介质的折射率时,首先要分清光是从真空(或空气)中射入介质,还是从介质中射入真空(或空气)。如[例1]中入射角θ1小于折射角θ2,可判断光是由玻璃射入空气,折射率n=,所以sin θ1 sin θ2图像斜率的倒数为折射率。
考法(二)　数据处理和误差分析
　　[例2]　(1)某实验小组利用“插针法”测量玻璃的折射率的实验光路如图甲所示,实验所用玻璃砖的上表面AD与下表面BC不平行,出射光线O'G与入射光线PO　　　　(选填“平行”或“不平行”);对实验数据的处理可采用以入射点O为圆心,取某一单位长度为半径作圆,该圆与入射光线PO交于M点,与折射光线OO'的延长线交于E点,过M、E点分别向法线作垂线,其垂足分别为N、F,现测得MN=1.66 cm,EF=1.12 cm,则该玻璃砖的折射率n=　　　　(结果保留三位有效数字)。
(2)某同学在“利用插针法测量玻璃的折射率”的实验中,如图乙所示,在纸上画玻璃砖下界面bb'时,误将bb'向下画至图中虚线位置,而其他操作均正确,则该同学测得的玻璃砖折射率将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
考法(三)　源于经典实验的创新考查
　　[例3]　某同学测量玻璃的折射率,准备了下列器材:激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射
膜的平行玻璃砖。如图所示,直尺与玻璃砖平行放置,激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面,在直尺上观察到A、B两个光点,读出OA间的距离为20.00 cm,AB间的距离为6.00 cm,测得图中直尺到玻璃砖上表面距离为d1=10.00 cm,玻璃砖厚度d2=4.00 cm。
此玻璃的折射率n=　　　　,光在玻璃中传播速度v=　　　　m/s(光在真空中传播速度c=3.0×108 m/s,结果均保留两位有效数字)。
[创新分析]
(1)利用一面镀有反射膜的平行玻璃砖替代两面平行的一般玻璃砖。
(2)利用玻璃砖对反射光点的侧移确定折射光路。
1.(2024·浙江6月选考)如图所示,用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖(侧面分别记为A和B、顶角大小为θ)的折射率。
(1)在白纸上画一条直线ab,并画出其垂线cd,交于O点;
(2)将侧面A沿ab放置,并确定侧面B的位置ef;
(3)在cd上竖直插上大头针P1和P2,从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2,插上大头针P3,要求P3能挡住　　　　(选填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虚像;
(4)确定出射光线的位置　　　　(选填“需要”或“不需要”)第四枚大头针;
(5)撤去玻璃砖和大头针,测得出射光线与直线ef的夹角为α,则玻璃砖折射率n=　　　　。
2.用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时,先在白纸上放好圆弧状玻璃砖,在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2,然后在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧依次插两枚大头针P3和P4,使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P3以及P1和P2的像,在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓,如图甲所示,其中O为两圆弧圆心,图中已画出经过P1、P2点的入射光线。
(1)在图上补画出所需的光路。
(2)为了测出玻璃的折射率,需要测量入射角i和折射角r,请在图中的AB分界面上画出这两个角。
(3)用所测物理量计算折射率的表达式为n=　　　　。
(4)多次改变入射角,测得几组入射角和折射角,根据测得的入射角和折射角的正弦值,画出如图乙所示的图像,由图像可知该玻璃的折射率n=　　　　。
3.(2024·安徽高考)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。
(1)为测量玻璃的折射率,按如图甲所示进行实验,以下表述正确的一项是　　　　。(填正确答案标号)
A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a'
B.在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2,眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针,使P2把P1挡住,这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧,插上大头针P3,使它把P1、P2都挡住,再插上大头针P4,使它把P1、P2、P3都挡住,这样就可以确定出射光线和出射点O2
C.实验时入射角θ1应尽量小一些,以减小实验误差
(2)为探究介质折射率与光的频率的关系,分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角,根据实验结果作出光路图,并标记红光和绿光,如图乙所示。此实验初步表明:对于同一种介质,折射率与光的频率有关,频率大,折射率　　　　(填“大”或“小”)。
(3)为探究折射率与介质材料的关系,用同一束激光分别入射玻璃砖和某透明介质,如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1,测得折射角分别为α2、α3,则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃　　　　n介质(填“>”或“<”)。此实验初步表明:对于一定频率的光,折射率与介质材料有关。
4.(2025·福州高二检测)某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线,如图甲所示,并在入射光线AO上插上大头针P1、P2,现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上大头针P3和P4,便能确定光在玻璃砖中的折射光线。
(1)确定P3位置的方法正确的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
A.透过玻璃砖观察,P3挡住P2的像
B.先插上P4大头针,在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置
C.透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像
(2)经过多次测量作出sin θ1 sin θ2的图像如图乙(θ2为折射角),玻璃砖的折射率为　　　　 　。(保留两位有效数字)
(3)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画的偏左了一些,则测出来的折射率　　　　。(选填“偏大”“偏小”或“不变”)
(4)该同学突发其想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验,两者的AC面是平行放置的,插针P1、P2的连线垂直于AB面,若操作无误,则在图丙中右边的插针应该是　　　　。
A.P3P6 B.P3P8
C.P5P6 D.P7P8
(5)另一位学生为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面,画出的aa'和bb'都比实际的折射面向外侧平移了一些(如图丁所示),以后的操作都正确无误,并仍以aa'和bb'为折射面画出了光路图,这样测出的折射率将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
第2节　科学测量:玻璃的折射率
2　实验操作
1.提示:可以。
2.提示:大些。因为玻璃砖宽度大些可以减小角度的测量误差。
3.提示:入射角i要适中,不要太小,否则折射角r也太小,用量角器测量角度时,相对误差较大。
3　实验考法
[例1]　解析:(1)本实验用插针法测量玻璃的折射率,实验原理是折射定律,操作步骤中存在严重的缺漏,应做的补充是:步骤②中,把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa'对齐,应在白纸上画出玻璃砖的另一长边bb',作为玻璃砖与空气的下边界;步骤④中,连接P3、P4作为出射光线,还应作出玻璃砖中的折射光线,故应通过P3、P4的连线与bb'的交点,作出玻璃砖中的折射光线。
(2)因入射角的正弦值小于折射角的正弦值,则光线是由玻璃射向空气,选项A错误,B正确;图像斜率的倒数表示折射率,玻璃的折射率为n===1.5,选项C错误,D正确。
答案:(1)步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一长边bb';步骤④中应通过P3、P4的连线与bb'的交点,作出玻璃砖中的折射光线　(2)BD
[例2]　解析:(1)因为上下表面不平行,光线在上表面的折射角与在下表面的入射角不相等,可知出射光线和入射光线不平行;设光线在AD面的入射角为θ1,折射角为θ2,根据折射定律可得n====≈1.48。
(2)实际的光路如图中实线所示,
实验作图时的光路如图中虚线所示
由图可知,在玻璃砖上表面,入射角没有误差,测得的折射角偏大,根据折射定律n=可知,测得的折射率偏小。
答案:(1)不平行　1.48　(2)偏小
[例3]　解析:作出光路图如图所示,根据几何知识可得tan i==1,tan r==,可得sin i=,sin r=,故折射率n=≈1.2。光在玻璃中的传播速度v==2.5×108 m/s。
答案:1.2　2.5×108
4　训练评价
1.解析:(3)要求P1和P2在同一条光线上,该光线透过玻璃砖后过P3,故P3要能挡住P1和P2的虚像;
(4)cd与ab垂直,则过P1和P2的光线与ab垂直,光垂直入射时传播方向不变,可确定ef边上的入射点,此时只需要找到出射光线上的一点即可确定出射光线,不需要插第四枚大头针;
(5)根据几何关系可知,入射角为θ,折射角为-α,故n==。
答案:(3)P1和P2　(4)不需要　(5)
2.解析:(1)连接P3、P4与交于一点,此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置,由于P1、P2的连线与的交点即为光线进入玻璃砖的位置,连接两交点即可作出玻璃砖中的光路,如图所示。
(2)连接O点与光线在上的入射点即为法线,作出入射角和折射角如图中i、r所示。
(3)由折射定律可得n=。
(4)图像的斜率k==n,由题图乙可知斜率为1.5,即该玻璃的折射率为1.5。
答案:(1)(2)见解析图　(3)　(4)1.5
3.解析:(1)在白纸上画出一条直线a作为界面,把玻璃砖放在白纸上,使它的一条长边与a对齐,用直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边,按住直尺或三角板不动,将玻璃砖取下,画出直线a'代表玻璃砖的另一边,而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a',故A错误;根据测量玻璃的折射率实验步骤,B选项符合实验过程,故B正确;实验时入射角θ1应尽量大一些,但也不能太大(接近90°),以减小实验误差,故C错误。
(2)由题图乙可知,入射角相同,绿光的折射角小于红光的折射角,根据光的折射定律n=可知,绿光的折射率大于红光的折射率,又因为绿光的频率大于红光的频率,所以频率大,折射率大。
(3)根据折射定律可知,玻璃的折射率为n玻璃=,透明介质的折射率为n介质=,其中α2<α3,所以n玻璃>n介质。
答案:(1)B　(2)大　(3)>
4.解析:(1)确定P3位置的方法正确的是:透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像,故选C。
(2)光路如图1所示,根据n=,可知,sin θ1 sin θ2 图像的斜率等于折射率,由题图乙可知玻璃砖的折射率为n=≈1.5。
(3)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画的偏左了一些,则P4P3的连线与bb'的交点偏右,测得的折射角θ2偏大,则根据n=可知,测出来的折射率偏小。
(4)光路图如图2所示。根据光路图可知,经过P1P2的光线经第1块玻璃砖的AC面向下偏折,然后射入右侧玻璃砖后水平射出,所以在题图丙中右边的插针应该是P5P6,故选C。
(5)光路图如图3所示,由图可知n=,其中β变大,α不变,则n变小,即测量值偏小。
答案:(1)C　(2)1.5　(3)偏小　(4)C
(5)偏小
7 / 7

展开更多......

收起↑