2學(xué)生試驗：測定玻璃折射率第四章光折射1/40[學(xué)習(xí)目標]1.經(jīng)過試驗了解平行玻璃磚光學(xué)性質(zhì).2.會用“插針法”測定玻璃磚折射率.2/40內(nèi)容索引題型演練學(xué)以致用實訓(xùn)演練達標檢測檢測評價達標過關(guān)技能貯備明確原理提煉方法3/40技能貯備4/40一、試驗：測定玻璃折射率1.試驗原理用插針法確定光路，找出與入射光線對應(yīng)出射光線，就能在玻璃磚中畫出對應(yīng)折射光線，從而能夠測出一組對應(yīng)入射角和折射角，依據(jù)折射定律，便可求出玻璃折射率.2.試驗器材玻璃磚、白紙、木板、大頭針四枚、圖釘(3～4枚)、量角器、直尺、鉛筆.5/403.試驗步驟(1)把白紙用圖釘釘在木板上.(2)用直尺畫一條平行于玻璃磚一個面直線aa′作為分界面，過aa′上一點O作垂直于aa′直線NN′作為法線，過O點畫一條入射光線AO，使入射角i適當(dāng)大些.如圖1所表示.圖16/40(3)在AO線上豎直地插兩枚大頭針P1、P2，在白紙上放上被測玻璃磚，使玻璃磚一個面與aa′重合.(4)用直尺畫平行于玻璃磚另一側(cè)面一條直線bb′.(5)在玻璃磚bb′一側(cè)白紙上豎直地插一枚大頭針P3，調(diào)整視線，同時移動大頭針P3位置，當(dāng)P3恰好能同時擋住玻璃磚aa′一側(cè)所插大頭針P1、P2像時，把大頭針P3插好.(6)在玻璃磚bb′一側(cè)再豎直地插一枚大頭針P4，使P4能擋住P3本身，同時也能擋住P1、P2像.7/40(7)記下P3、P4位置，移去玻璃磚，拔去大頭針，過P3、P4連一條直線BO′交bb′于O′點，連接OO′，OO′就是入射光線AO在玻璃磚內(nèi)折射光線，折射角為r.(8)用量角器量出入射角i和折射角r大小.(9)改變?nèi)肷浣莍，重復(fù)上面步驟再做三、四次，量出對應(yīng)入射角和折射角.(10)算出不一樣入射角時

值，求出幾次試驗中平均值就是玻璃折射率.8/404.數(shù)據(jù)處理(1)計算法：把上述試驗數(shù)據(jù)分別由n＝

計算出n1、n2、n3、…，求出平均值即為玻璃磚折射率測量值.(2)圖像法：因sini＝nsinr，所以可把上面數(shù)據(jù)以sinr值為橫坐標、以sini值為縱坐標，建立直角坐標系，如圖2所表示.描數(shù)據(jù)點，過數(shù)據(jù)點連線得一條過原點直線.求解圖線斜率，設(shè)斜率為k，則n＝k.圖29/40(3)單位圓法：過入射點畫出玻璃磚界面法線NN′，以入射點B為圓心，適當(dāng)長度為半徑畫圓，入射光線、折射光線與圓周交于A和C，由點A、C向法線作垂線，分別交法線NN′于A′、C′點，如圖3所表示.測出垂線長度AA′和CC′，則玻璃磚折射率可表示為圖310/405.注意事項(1)輕拿輕放玻璃磚，手只能接觸玻璃磚毛面或棱，不能觸摸光潔光學(xué)面.禁止把玻璃磚當(dāng)直尺使用.(2)試驗過程中，玻璃磚在紙面上位置不可移動.(3)大頭針P1與P2、P3與P4間距要適當(dāng)?shù)卮笮詼p小確定光線方向時出現(xiàn)誤差.(4)試驗時入射角不能太小(靠近零度)，不然會使測量誤差加大；也不能太大(靠近90°)，不然會不易觀察到P1、P2像.11/40二、光色散現(xiàn)象1.色散：白光實際上是由各種單色光組成復(fù)色光.復(fù)色光在經(jīng)過透明介質(zhì)以后分解成單色光現(xiàn)象叫做色散.2.同一個介質(zhì)對不一樣顏色光折射率是不一樣.在各種色光中介質(zhì)對紫光折射率最大，表示紫光在介質(zhì)中傳輸速度最小.12/40題型演練13/40一、試驗：測定玻璃折射率答案看法析例1在用三棱鏡測定玻璃折射率試驗中，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡一側(cè)垂直白紙插入兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1像被P2擋住，接著在眼睛所在一側(cè)垂直白紙插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2像，P4擋住P3和P1、P2像，在紙上標出大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖4所表示.(1)在本題圖上畫出所需光路；答案解析圖414/40解析如圖所表示，畫出經(jīng)過P1、P2入射光線，交AC面于O，畫出經(jīng)過P3、P4出射光線交AB面于O′.則光線OO′就是入射光線P1P2在三棱鏡中折射光線.15/40解析過O點作AC面法線，在所畫圖上注明入射角θ1和折射角θ2，用量角器量出θ1和θ2.(2)為了測出棱鏡玻璃折射率，需要測量量是________，________，在圖上標出它們；答案解析答案看法析16/40(3)計算折射率公式是________.答案解析答案看法析17/40總結(jié)提升測定玻璃折射率基本思緒1.確定一條從空氣斜射入玻璃(或者從玻璃斜射入空氣)光路.2.經(jīng)過作圖確定入射角和折射角.3.由折射率定義式n＝

計算出玻璃折射率.18/40例2在“測定玻璃折射率”試驗中：(1)為了取得很好試驗效果，其中正確是_____.A.必須選取上下表面平行玻璃磚B.選擇入射角應(yīng)盡可能小些C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上D.大頭針P1和P2及P3和P4之間距離適當(dāng)大些答案解析CD19/40解析用插針法測定玻璃折射率時，玻璃磚上、下表面不一定要平行，故A錯誤；為了減小測量相對誤差，選擇入射角適當(dāng)大些，效果會更加好，故B錯誤；為了準確確定入射光線和折射光線，大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上，故C正確；大頭針P1和P2及P3和P4之間距離適當(dāng)大些時，引發(fā)角度誤差會減小，效果會好些，故D正確.20/40解析如圖，實線是真實光路圖，虛線是玻璃磚寬度畫大后光路圖.由圖看出，在這種情況下測得入射角不受影響，但測得折射角比真實折射角偏大，所以測得折射率偏小.(2)甲同學(xué)在畫界面時，不小心將兩界面aa′和bb′間距畫得比玻璃磚寬度大些，如圖5所表示，則他測得折射率_______(選填“偏大”“偏小”或“不變”)答案解析偏小圖521/40(3)乙同學(xué)在量入射角和折射角時，因為沒有量角器，在完成了光路圖以后，以O(shè)點為圓心，OA為半徑畫圓，交OO′延長線于C點，過A點和C點作垂直法線直線分別交于B點和D點，如圖6所表示，則他只需要測量_______________，就可求出玻璃折射率n＝______.答案解析圖6AB、CD長度22/40答案看法析圖例3用圓弧狀玻璃磚做測定玻璃折射率試驗時，先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚，在玻璃磚一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P1、P2，然后在玻璃磚另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1像被P2像擋住，接著在眼睛所在一側(cè)豎直插兩枚大頭針P3和P4，使P3擋住P1和P2像，P4擋住P3以及P1和P2像，在紙上標出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓，如圖7甲所表示，其中O為兩圓弧圓心，圖中已畫出經(jīng)P1、P2點入射光線.(1)在圖上補畫出所需光路.答案解析圖723/40解析連接P3、P4與CD交于一點，此交點即為光線從玻璃磚中射出位置，因為P1、P2連線與AB交點即為光線進入玻璃磚位置，連接兩交點即可作出玻璃磚中光路，如圖所表示24/40答案看法析圖(2)為了測出玻璃折射率，需要測量入射角和折射角，請在圖中AB分界面上畫出這兩個角.答案解析解析連接O點與光線在AB上入射點即為法線，作出入射角和折射角如圖中i、r所表示.25/40(3)用所測物理量計算折射率公式為n＝______.答案解析26/40(4)屢次改變?nèi)肷浣牵瑴y得幾組入射角和折射角，依據(jù)測得入射角和折射角正弦值，畫出了如圖乙所表示圖像，由圖像可知該玻璃折射率n＝____.答案解析1.527/40二、折射時色散如圖8所表示，白光經(jīng)過棱鏡折射后，由上到下色光次序為：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫，這說明：

(1)射出棱鏡光線與入射光線方向夾角叫經(jīng)過棱鏡偏向角，如圖所表示，白光色散時，紅光偏向角最小，紫光偏向角最大，說明同種玻璃對不一樣色光折射率是不一樣.(2)依據(jù)n＝

可知：在同種介質(zhì)中折射率大速度小，各種色光在同種介質(zhì)中速度從小到大排序依次為v紫＜v靛＜…＜v橙＜v紅，即紅光速度最大，紫光速度最小.圖828/40例4如圖9所表示，從點光源S發(fā)出一細束白光以一定角度入射到三棱鏡表面，經(jīng)過三棱鏡折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏ab間形成一條彩色光帶.下面說法中正確是A.a側(cè)是紅色光，b側(cè)是紫色光B.在真空中a側(cè)光波長小于b側(cè)光波長C.三棱鏡對a側(cè)光折射率小于對b側(cè)光折射率D.在三棱鏡中a側(cè)光傳輸速度大于b側(cè)光傳輸速度√答案解析圖929/40解析紅光折射率小于紫光折射率，經(jīng)過三棱鏡，紅光偏折角小于紫光偏折角，則a側(cè)是紫色光，b側(cè)是紅色光，A錯；由題圖知a側(cè)光偏折角大，三棱鏡對a側(cè)光折射率大，a側(cè)光波長短，B對，C錯；三棱鏡對a側(cè)光折射率大，由v＝

知，在三棱鏡中a側(cè)光傳輸速度小于b側(cè)光傳輸速度，D錯.30/40總結(jié)提升1.同一介質(zhì)對不一樣色光有不一樣折射率，介質(zhì)對頻率大、波長短光折射率大，按折射率從小到大依次排列為：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫.2.在同一介質(zhì)中，不一樣色光傳輸速度不一樣，紅光折射率小，傳輸速度大；紫光折射率大，傳輸速度小.31/40達標檢測32/401231.(試驗：測定玻璃折射率)(多項選擇)在做“測定玻璃折射率”試驗時，以下關(guān)于試驗要求敘述正確是A.玻璃磚寬度宜大些B.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上C.每邊兩個大頭針距離近些輕易觀察D.在插P4時，只要擋住P3光線就行，與P1、P2無關(guān)√√答案解析33/40解析玻璃磚寬度大些，入射光、出射光與界面交點偏移距離大，便于畫圖和測量.大頭針垂直插在紙面上可減小誤差.每邊兩個大頭針距離過近，確定入射光線和出射光線位置時誤差較大，在插P4時要擋住P3和P1、P2像，與P1、P2相關(guān)，故A、B正確.12334/40解析由題圖可知，可見光穿過玻璃磚后，發(fā)生了色散，其中a光側(cè)移距離大于b光側(cè)移距離，說明玻璃對a光折射率大于玻璃對b光折射率，同種介質(zhì)對紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種色光折射率依次增大，因為b光是藍光，故只有D選項符合題意.2.(折射中色散)如圖10所表示，一束可見光穿過平行玻璃磚后，變?yōu)閍、b兩束單色光.假如光束b是藍光，則光束a可能是A.紅光 B.黃光C.綠光 D.紫光√答案解析123圖1035/403.(試驗：測定玻璃折射率)在用兩面平行玻璃磚測定玻璃折射率試驗中，其試驗光路如圖11所表示.(1)在試驗中，假如用量角器分別量出入射角θ1和折射角θ2，那么，該玻璃磚折射率表示式為n＝______.答案解析123圖1136/40(2)在試驗數(shù)據(jù)處理中，有兩位同學(xué)各設(shè)計了一個統(tǒng)計表格，而且都已完成了計算，依據(jù)他們設(shè)計表格所反應(yīng)信息，判斷他們論證做得是否正確.甲同學(xué)設(shè)計表格是123次數(shù)入射角θ1sinθ1折射角θ2sinθ2n

130°0.50020.9°0.3571.401.40245°0.70730.5°0.5081.39360°0.86638.0°0.6161.4137/40解析為了減小測量偶然誤差，必須采取屢次測量取平均值方法.因為每次測量時，入射角不一樣，折射角不一樣，入射角和折射角取平均值沒有意義，而介質(zhì)折射率僅由介質(zhì)性質(zhì)決定，是不變，所以應(yīng)依據(jù)每一個入射角及對應(yīng)折射角，利用折射定律求出折射率，再求出折射率平均值，可有效減小測量誤差，故甲同學(xué)做得正確.乙同學(xué)設(shè)計表格是答案解析123次數(shù)123角平均值正弦值n入射角