测定玻璃的折射率-实验复习教学案(自编).doc

(完整word)测定玻璃的折射率 实验复习教学案(自编)
北京高考光学、热学实验知识点复习教案
北京 蔡雨翔 2013.05
教学要求
高考光学、热学实验考试范围：
110测定玻璃的折射率 111用双缝干涉测定光的波长 116油膜法估测分子大小
教学过程
（一)测定玻璃的折射率
　 1、实验目的:测定玻璃的折射率。
　 　 2、实验原理：用插针法确定光路，找出和入射线相应的折射线;用量角器测出入射角i和折射角r；根据折射定律计算出玻璃的折射率n= 。
　 　3、实验器材:玻璃砖、白纸三张、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板（或直尺)、铅笔。
　　 4、实验步骤：
　　 ①把白纸用图钉钉在木板上。
　　 ②在白纸上画一条直线aa’作为界面，画一条线段AO作为入射光线，并过O点画出界面aa’的法线NN’，如图所示。

　　③把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边跟aa’对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb’.
　　④在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1和P2。
　　⑤在玻璃砖的bb'一侧竖直地插上大头针P3，用眼睛观察调整视线，要使P3能同时挡住P1和P2的像。
　　⑥同样地在玻璃砖的bb'一侧再竖直地插上大头针P4,使P4能挡住P3本身和P1与P2的像。
　　⑦记下P3和P4的位置,移去玻璃砖和大头针，过P3和P4引直线O’B与bb'交于O’点,连接O与O’，OO'就是玻璃砖内的折射光线的方向，入射角i=∠AON，折射角r=∠O’ON’.
　　⑧用量角器量出入射角i和折射角r的度数.
　　⑨从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记入自己设计的表格里。
　　⑩用上面的方法分别求出入射角是30°，45°，60°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据记在表格里。
　　⑾算出不同入射角时 的值。比较一下，看它们是否接近一个常数，求出几次实验中所测 的平均值，这就是玻璃的折射率。
　　5、重要注意事项：
　　①玻璃砖要厚。②入射角应在30°到60°之间。③大头针的间距应较大些.④玻璃砖的折射面要画准。⑤大头针要插得竖直。
　　6、误差及分析；
　　①入射光线、出射光线确定的准确性，要求入射侧、出射侧所插两枚大头针间距宜大点.
　　②测量入射角与折射角时的相对误差，故入射角不宜过小.入射角也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱.
同步训练：
　　例1．某同学用两面平行的玻璃砖做测定玻璃折射率的重要实验，步骤如下：
　　A、用图钉把白纸钉在平木板上,在白纸上画一条直线aa'作为界面，过aa'上的一点O画法线和一条线段AO作为入射光线，然后把玻璃砖放在白纸上使它们的长边跟aa’对齐，画出玻璃砖的另一边bb’.
　　B、在线段AO上竖直插上两枚大头针P1和P2，透过玻璃砖观察大头针的像，移动玻璃砖直到P1的像被P2挡住。然后在观察的这一侧插上大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，使P4挡住P3和P1、P2的像，记下P3和P4的位置。
　　C、移去大头针和玻璃砖，过P3、P4引一直线O’B与直线bb'交于O',连接OO’,则OO'就是折射光线.
　　上述操作中不正确的是____________。
　　实验获得入射光线和折射光线后还需用什么器材、资料才能求出折射率______________。
　　例2．某同学在做完插针法测玻璃砖折射率的实验后有几点体会，其中不正确的是（　 )
　　A、当入射角相同时,玻璃砖越厚,入射光线侧移量越大。
　　B、入射角的值应取稍大些，这样可减少实验误差。
　　C、玻璃砖的两个面aa’和bb’不平行时，无法测出玻璃的折射率。
　　D、若玻璃砖的两个面平行,但入射角为零，无法测出玻璃的折射率.

例3．在做测定玻璃折射率的实验时.(1）甲同学在纸上正确画出玻璃砖的界面ab前，不慎碰了玻璃砖使它向ab方向平移了一些，如图（甲)所示，其后的操作都正确，但画光路图时，将折射点确定在ab和cd上,则测出的n值将_____________。（2）乙同学为了避免笔尖接触光学面，画出的a'b’和c'd'都比实际侧面向外侧平移了一些，如图（乙)所示，以后的操作均正确，画光路图时将入射点和折线点都确定在a’b’和c'd'上,则测出的n值将_____________。（3)丙同学在操作和作图时均无失误,但所用玻璃砖的两个界面明显不平行,这时测出的n值将______________.

例4．用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的一侧插上两枚大头针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插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和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所示。
　　(1）在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n=__________。

　例5．某同学由于没有量角器,他在完成了光路图以后，以O点为圆心,10.00cm长为半径画圆，分别交线段OA于A点，交O、O'连线延长线于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交于NN'于D点，如图所示，用刻度尺量得OB=8。00cm，CD=4.00cm.由此可得出玻璃的折射率n=________.

同步训练答案:
例1．解析：
　　测定玻璃折射率的实验原理是：如图所示，当光线AO以一定的入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O’B，从而求出折射光线OO'和折射角r,再由n= 算出玻璃的折射率。
　　本实验所用的实验器材有：玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、三角板和铅笔.
　　所以本例中操作不正确的是：观察P1、P2的像时不能移动玻璃砖而应该移动眼睛视线。
　　实验获得入射光线和折射光线后还需用量角器量出入射角i和r，从三角函数表中查出它们的正弦值,用n= 算出折射率。
例2．解析：
　　本实验应注意的事项有：
　　(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，严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb’。
　　（2)实验过程中,玻璃砖在纸面上的位置不能移动。
　　（3）插针P1与P2、P3与P4的间距应适当大些，以减小确定光路方向时出现的误差。
　　（4）实验时入射角不能太小（接近零度），否则会使测量误差加大；也不能太大（接近90°），否则会使实验中不易观察P1、P2的像。
　　（5）本实验中有采用的不是两面平行的玻璃砖,如采用三棱镜、半圆形玻璃砖，只是出射光和入射光不平行，但一样能测出折射率。
　　基于以上的分析，所以本例的正确答案为C。
例3．解析：(1）不变,此时玻璃砖的平移对测量结果没有影响.由图（甲）可看出折射角不变，入射角相同,故测得的折射率将不变。
　　 （2）变小。由图（乙）可看出,使入射点O向左移，折射点向右移,所画出的折射角r’比实际折射角r偏大，由n=sini/sinr知,测得的折射率偏小.
　　（3)无影响.同样可根据入射光线和出射光线确定玻璃内折射光线，从而确定入射角和折射角，只要第二个界面不发生全反射就行了.不过，入射光线和出射光线不平行,如图（丙)。
例4解析:
　　(1)如图所示,画出通过P1P2和P3P4的光线，包括在棱镜内的那部分路径。
　　（2）入射角i和折射角r，如图所示（或线段EF，OE，GH,OG)。
　　(3）n= (或n= )。
例5．解析：　由图可知:sin∠i=sin∠AOB=AB/OA，sin∠r=sin∠COD=CD/OC,
　　在这OA=OC=R=10。00cm，CD=4。00cm，AB= ，代入解得:n=1。50

　　课后作业:
1．某同学做测定玻璃折射率实验时，用他测得的多组入射角i与折射角r作出sini－sinr图象，如图14－41所示。下列判断中哪些是正确的( )
A．他做实验时，研究的是光从空气射入玻璃的折射现象
B．玻璃的折射率为0。67
C．玻璃的折射率为1。5
D．玻璃全反射临界角的正弦值为0.67
2．如图所示，测定玻璃折射率的实验中，如果所用的玻璃砖ABCD的上表面AB和下表面CD不严格平行（AD略大于BC），下列说法中正确的是( )
A．用此玻璃砖做实验,画出的折射光线c和相应的入射光线a不再平行,因此对实验结果产生系统误差
B．用此玻璃砖做实验，画出的折射光线c和相应的入射光线a不再平行,但不会对实验结果产生影响
C．射出光线c相对于入射光线a有顺时针方向的微小偏转
D．射出光线c相对于入射光线a有逆时针方向的微小偏转
3．利用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率。实验方法如下：在白纸上做一直线MN，并做出它的一条垂线AB,将半圆柱形玻璃砖(底面的圆心为O)放在白纸上，使它的直边与直线MN对齐，把半圆的边缘描在纸上。在垂线AB上插两个大头针P1和P2,然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针,可以确定通过玻璃砖后的光路，从而求出玻璃的折射率。实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外，还有量角器等。
(1）某学生用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的垂线AB上插P1、P2两枚大头针，但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖同时看到P1、P2的像，原因是______,他应该采取的措施是______。
(2)为了确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，在玻璃砖的右侧，最少应插______枚大头针.
（3)请在图14－43半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置,并用“×”表示,做出光路图。为了计算折射率,应该测量的量（在光路图上标出)有：______,计算折射率的公式是______。

课后作业答案:
1．ACD 2．BC 3．(1）发生了全反射，将玻璃砖稍向上移；(2)1枚；（3)略

4