版选修3_4.doc
《版选修3_4.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《版选修3_4.doc(17页珍藏版)》请在麦多课文档分享上搜索。
1、12 学生实验:测定玻璃的折射率学习目标 1.通过实验了解平行玻璃砖的光学性质.2.会用“插针法”测定玻璃砖的折射率.一、实验:测定玻璃的折射率1.实验原理用插针法确定光路,找出与入射光线相应的出射光线,就能在玻璃砖中画出对应的折射光线,从而可以测出一组对应的入射角和折射角,根据折射定律,便可求出玻璃的折射率.2.实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(34 枚)、量角器、直尺、铅笔.3.实验步骤(1)把白纸用图钉钉在木板上.(2)用直尺画一条平行于玻璃砖一个面的直线 aa作为分界面,过 aa上一点 O 作垂直于aa的直线 NN作为法线,过 O 点画一条入射光线 AO,使入射角 i 适当
2、大些.如图 1 所示.图 1(3)在 AO 线上竖直地插两枚大头针 P1、 P2,在白纸上放上被测玻璃砖,使玻璃砖的一个面与 aa重合.(4)用直尺画平行于玻璃砖另一侧面的一条直线 bb.(5)在玻璃砖的 bb一侧白纸上竖直地插一枚大头针 P3,调整视线,同时移动大头针 P3的位置,当 P3恰好能同时挡住玻璃砖 aa一侧所插的大头针 P1、 P2的像时,把大头针 P3插好.(6)在玻璃砖 bb一侧再竖直地插一枚大头针 P4,使 P4能挡住 P3本身,同时也能挡住P1、 P2的像.(7)记下 P3、 P4的位置,移去玻璃砖,拔去大头针,过 P3、 P4连一条直线 BO交 bb于O点,连接 OO,
3、 OO就是入射光线 AO 在玻璃砖内的折射光线,折射角为 r.(8)用量角器量出入射角 i 和折射角 r 的大小.(9)改变入射角 i,重复上面的步骤再做三、四次,量出相应的入射角和折射角.2(10)算出不同入射角时 的值,求出几次实验中的平均值就是玻璃的折射率.sinisinr4.数据处理(1)计算法:把上述实验数据分别由 n 计算出 n1、 n2、 n3、,求出平均值即为玻璃sinisinr砖折射率的测量值.(2)图像法:因 sini nsinr,所以可把上面的数据以 sinr 值为横坐标、以 sini 值为纵坐标,建立直角坐标系,如图 2 所示.描数据点,过数据点连线得一条过原点的直线.
4、求解图线斜率,设斜率为 k,则 n k.图 2(3)单位圆法:过入射点画出玻璃砖界面的法线 NN,以入射点 B 为圆心,适当长度为半径画圆,入射光线、折射光线与圆周交于 A 和 C,由点 A、 C 向法线作垂线,分别交法线NN于 A、 C点,如图 3 所示.测出垂线的长度 AA和 CC,则玻璃砖的折射率可表示为 n .AACC图 35.注意事项(1)轻拿轻放玻璃砖,手只能接触玻璃砖的毛面或棱,不能触摸光洁的光学面.严禁把玻璃砖当直尺使用.(2)实验过程中,玻璃砖在纸面上的位置不可移动.(3)大头针 P1与 P2、 P3与 P4的间距要适当地大些,以减小确定光线方向时出现的误差.(4)实验时入射
5、角不能太小(接近零度),否则会使测量误差加大;也不能太大(接近 90),否则会不易观察到 P1、 P2的像.二、光的色散现象1.色散:白光实际上是由各种单色光组成的复色光.复色光在通过透明介质以后分解成单色3光的现象叫做色散.2.同一种介质对不同颜色的光的折射率是不同的.在各种色光中介质对紫光折射率最大,表示紫光在介质中传播的速度最小.4一、实验:测定玻璃的折射率例 1 在用三棱镜测定玻璃折射率的实验中,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的一侧垂直白纸插入两枚大头针 P1和 P2,然后在棱镜的另一侧观察,调整视线使 P1的像被 P2挡住,接着在眼睛所在的一侧垂直白纸插两枚大头针 P3、 P4,使 P
6、3挡住 P1、 P2的像, P4挡住 P3和 P1、P2的像,在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图 4 所示.图 4(1)在本题的图上画出所需的光路;(2)为了测出棱镜玻璃的折射率,需要测量的量是_,_,在图上标出它们;(3)计算折射率的公式是_.答案 见解析解析 (1)如图所示,画出通过 P1、 P2的入射光线,交 AC 面于 O,画出通过 P3、 P4的出射光线交AB 面于 O.则光线 OO就是入射光线 P1P2在三棱镜中的折射光线.(2)过 O 点作 AC 面的法线,在所画的图上注明入射角 1和折射角 2,用量角器量出 1和 2.(3)n .sin 1sin 2测定玻璃折射率的基本思路
7、1.确定一条从空气斜射入玻璃(或者从玻璃斜射入空气)的光路.2.通过作图确定入射角和折射角.3.由折射率的定义式 n 计算出玻璃的折射率.sinisinr5例 2 在“测定玻璃的折射率”实验中:(1)为了取得较好的实验效果,其中正确的是_.A.必须选用上下表面平行的玻璃砖B.选择的入射角应尽量小些C.大头针应垂直地插在纸面上D.大头针 P1和 P2及 P3和 P4之间的距离适当大些(2)甲同学在画界面时,不小心将两界面 aa和 bb间距画得比玻璃砖宽度大些,如图 5所示,则他测得的折射率_(选填“偏大” “偏小”或“不变”)(3)乙同学在量入射角和折射角时,由于没有量角器,在完成了光路图以后,
8、以 O 点为圆心,OA 为半径画圆,交 OO延长线于 C 点,过 A 点和 C 点作垂直法线的直线分别交于 B 点和 D点,如图 6 所示,则他只需要测量_,就可求出玻璃的折射率 n_.图 5 图 6答案 (1)CD (2)偏小 (3) AB、 CD 的长度 ABCD解析 (1)用插针法测定玻璃的折射率时,玻璃砖上、下表面不一定要平行,故 A 错误;为了减小测量的相对误差,选择的入射角适当大些,效果会更好,故 B 错误;为了准确确定入射光线和折射光线,大头针应垂直地插在纸面上,故 C 正确;大头针 P1和 P2及 P3和 P4之间的距离适当大些时,引起的角度误差会减小,效果会好些,故 D 正确
9、.(2)如图,实线是真实的光路图,虚线是玻璃砖宽度画大后的光路图.由图看出,在这种情况下测得的入射角不受影响,但测得的折射角比真实的折射角偏大,因此测得的折射率偏小.(3)根据折射定律得,折射率 n ,可知需要测量 AB、 CD 的长度.sin AOBsin DOCABRCDR ABCD例 3 用圆弧状玻璃砖做测定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竖直插两枚大头针 P3和 P4,使 P3挡住 P1和 P2的像,6P4挡住 P3以及 P1和 P2的像,
10、在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓,如图 7 甲所示,其中 O 为两圆弧圆心,图中已画出经 P1、 P2点的入射光线.图 7(1)在图上补画出所需的光路.(2)为了测出玻璃的折射率,需要测量入射角和折射角,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公式为 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,画出了如图乙所示的图像,由图像可知该玻璃的折射率 n_.答案 (1)见解析图 (2)见解析图 (3)sinisinr(4)1.5解析 (1)连接 P3、 P4与 CD 交于一点,此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置,由于P1、
11、P2的连线与 AB 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 AB 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 .sinisinr(4)题图乙图像的斜率 k n,由题图乙可知斜率为 1.5,即该玻璃的折射率为 1.5.sinisinr二、折射时的色散如图 8 所示,白光通过棱镜折射后,由上到下的色光顺序为:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,这说明:7图 8(1)射出棱镜的光线与入射光线方向的夹角叫通过棱镜的偏向角,如图所示,白光色散时,红光的偏向角最小,紫光的偏向角最大,说明同种玻璃对不同色光的折
12、射率是不同的.(2)根据 n 可知:在同种介质中折射率大的速度小,各种色光在同种介质中的速度从小cv到大排序依次为 v 紫 v 靛 v 橙 v 红 ,即红光的速度最大,紫光的速度最小.例 4 如图 9 所示,从点光源 S 发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面,经过三棱镜的折射后发生色散现象,在光屏的 ab 间形成一条彩色光带.下面的说法中正确的是( )图 9A.a 侧是红色光, b 侧是紫色光B.在真空中 a 侧光的波长小于 b 侧光的波长C.三棱镜对 a 侧光的折射率小于对 b 侧光的折射率D.在三棱镜中 a 侧光的传播速度大于 b 侧光的传播速度答案 B解析 红光的折射率小于紫光
13、的折射率,经过三棱镜,红光的偏折角小于紫光的偏折角,则 a 侧是紫色光, b 侧是红色光,A 错;由题图知 a 侧光的偏折角大,三棱镜对 a 侧光的折射率大, a 侧光的波长短,B 对,C 错;三棱镜对 a 侧光的折射率大,由 v 知,在三棱镜cn中 a 侧光的传播速度小于 b 侧光的传播速度,D 错.1.同一介质对不同的色光有不同的折射率,介质对频率大、波长短的光折射率大,按折射率从小到大依次排列为:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫.2.在同一介质中,不同色光的传播速度不同,红光的折射率小,传播速度大;紫光的折射率大,传播速度小.81.(实验:测定玻璃的折射率)(多选)在做“测定玻璃的折射率”的实
14、验时,下列关于实验要求的叙述正确的是( )A.玻璃砖的宽度宜大些B.大头针应垂直地插在纸面上C.每边的两个大头针的距离近些容易观察D.在插 P4时,只要挡住 P3的光线就行,与 P1、 P2无关答案 AB解析 玻璃砖宽度大些,入射光、出射光与界面的交点偏移距离大,便于画图和测量.大头针垂直插在纸面上可减小误差.每边的两个大头针的距离过近,确定入射光线和出射光线的位置时误差较大,在插 P4时要挡住 P3和 P1、 P2的像,与 P1、 P2有关,故 A、B 正确.2.(折射中的色散)如图 10 所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为 a、 b 两束单色光.如果光束 b 是蓝光,则光束 a 可能是
15、( )图 10A.红光 B.黄光C.绿光 D.紫光答案 D解析 由题图可知,可见光穿过玻璃砖后,发生了色散,其中 a 光的侧移距离大于 b 光的侧移距离,说明玻璃对 a 光的折射率大于玻璃对 b 光的折射率,同种介质对红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的折射率依次增大,由于 b 光是蓝光,故只有 D 选项符合题意.3.(实验:测定玻璃的折射率)在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中,其实验光路如图 11 所示.图 11(1)在实验中,如果用量角器分别量出入射角 1和折射角 2,那么,该玻璃砖的折射率的表达式为 n_.(2)在实验数据的处理中,有两位同学各设计了一个记录表格,而且都已完成了计
16、算,根据他们设计的表格所反映的信息,判断他们的论证做得是否正确.甲同学设计的表格是次数 入射角 1 sin 1 折射角 2 sin 2 n n91 30 0.500 20.9 0.357 1.402 45 0.707 30.5 0.508 1.393 60 0.866 38.0 0.616 1.411.40乙同学设计的表格是次数 1 2 3 角平均值 正弦值 n入射角 1 30 45 60 45 0.707折射角 2 20.9 30.5 38.0 28.8 0.497 1.42上述两位同学做得正确的是_(填“甲”或“乙”)(3)若甲在做测定玻璃的折射率的实验时,法线画得与界面不垂直,出现如图
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
2000 积分 0人已下载
下载 | 加入VIP,交流精品资源 |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 选修 _4DOC
