2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)增分 專題15 測(cè)定玻璃的折射率學(xué)案

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1、 實(shí)驗(yàn)十五　測(cè)定玻璃的折射率 考綱要求 考情分析 命題趨勢(shì) 測(cè)定玻璃的折射率 2015·北京卷，21(1) 高考主要側(cè)重考查以下三個(gè)方面：1.實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性考查；2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和分析；3.實(shí)驗(yàn)誤差分析 知識(shí)梳理·夯實(shí)基礎(chǔ) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 測(cè)定玻璃磚的折射率． 二、實(shí)驗(yàn)原理 如圖所示，abb′a′為兩面平行的玻璃磚，光線的入射角為θ1，折射角為θ2，根據(jù)n＝可以計(jì)算出玻璃的折射率． 三、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． 四、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)

2、O為入射點(diǎn)，作過O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，使玻璃磚的一個(gè)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，然后在觀察這一側(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，撥去大頭針，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sin θ1和sin θ2．

3、 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． 五、數(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，算出不同入射角時(shí)的，并取平均值． 2．圖象法：改變不同的入射角θ1，測(cè)出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2圖象，由n＝可知圖象應(yīng)為直線，如圖所示，其斜率就是玻璃的折射率． 3．輔助線段法：利用直尺作輔助線，測(cè)出輔助線的長(zhǎng)度大小，求玻璃的折射率． 如圖所示，作輔助線，且垂直于，量出、，作輔助線，且垂直于，量出、，則sin θ1＝，sin θ2＝，即可求出n＝＝． 4．單位圓法：以入射點(diǎn)O為圓心，以適當(dāng)長(zhǎng)度R為半徑畫圓，交入射光線OA于E點(diǎn)，

4、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′.如圖所示，sin θ1＝，sin θ2＝，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． 六、誤差分析 1．入射光線、出射光線確定的準(zhǔn)確性造成誤差，故入射側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針間距應(yīng)大一些． 2．入射角和折射角的測(cè)量造成誤差，故入射角應(yīng)適當(dāng)大些，以減小測(cè)量的相對(duì)誤差． 七、注意事項(xiàng) 1．實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P3和P4之間、P2與O、P3與O′之間距離要稍大一些． 2．入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)．太大：

5、反射光較強(qiáng)，出射光較弱；太?。喝肷浣?、折射角測(cè)量的相對(duì)誤差較大． 3．操作時(shí)，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面，更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線． 4．實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚與白紙的相對(duì)位置不能改變． 5．玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5 cm以上，若寬度太小，則測(cè)量誤差較大． 核心考點(diǎn)·分層突破 考點(diǎn)1　實(shí)驗(yàn)原理和操作 [例1]如圖所示，用某種透光物質(zhì)制成的直角三棱鏡ABC；在垂直于AC面的直線MN上插兩枚大頭針P1、P2，在AB面的左側(cè)透過棱鏡觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線方向，直到P1的像__讓P2的像擋住__，再在觀察的這一側(cè)先后插上兩枚大頭針P3、P4，使P3__擋住P1、P2的

6、像__，P4__擋住P3以及P1、P2的像__.記下P3、P4的位置，移去大頭針和三棱鏡，過P3、P4的位置作直線與AB面相交于D，量出該直線與AB面的夾角為45°.則透光物質(zhì)的折射率n＝！?。　　?##，并在圖中畫出正確完整的光路圖． 解析　通過作圖找出BC面上的反射點(diǎn)和AB面上的出射點(diǎn)，則由幾何知識(shí)可得各角的大小，如圖所示，則n＝＝，其實(shí)驗(yàn)原理與用兩面平行的玻璃磚相同，故P1的像讓P2的像擋住，P3擋住P1、P2的像，P4應(yīng)擋住P3以及P1、P2的像． 考點(diǎn)2　數(shù)據(jù)處理和誤差分析 [例2]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

7、及測(cè)出的相關(guān)角度如圖所示． (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__大__(選填“大”或“小”)的玻璃磚來測(cè)量． 解析　(1)根據(jù)折射率公式可知 n＝＝． (2)在入射角相同的情況下，玻璃磚寬度越大，光線穿過時(shí)的側(cè)移量就會(huì)越大，出射光線更容易找出，測(cè)量時(shí)誤差越小． 對(duì)應(yīng)演練·遷移運(yùn)用 1．如圖甲所示為光學(xué)實(shí)驗(yàn)用的長(zhǎng)方體玻璃磚，它的__光學(xué)__面不能用手直接接觸．在用插針法測(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)繪出的玻璃磚和三個(gè)針孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的

8、針正好擋住插在a、b位置的針的像，但最后一個(gè)針孔的位置不同，分別為d、e兩點(diǎn)，如圖乙所示．計(jì)算折射率時(shí)，用__d__(選填“d”或“e”)點(diǎn)得到的值較小，用__e__(選填“d”或“e”)點(diǎn)得到的值誤差較?。? 解析　光學(xué)面若被手接觸污染，會(huì)影響觀察效果，增加實(shí)驗(yàn)誤差；分別連接cd和ce并延長(zhǎng)到界面，與界面分別交于O1、O2兩點(diǎn)，由n＝不難得出用d點(diǎn)得到的折射率值較小，過c點(diǎn)的出射光線應(yīng)平行于ab，利用直尺比對(duì)并仔細(xì)觀察，可知ce∥ab，故用e點(diǎn)得到的折射率值誤差較小． 2．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中實(shí)線所示，使大頭針P1、P2

9、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)只須測(cè)量出__玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度θ__，即可計(jì)算玻璃磚的折射率．請(qǐng)用你測(cè)量的量表示出折射率n＝！?。　　?##． 解析　光線指向圓心入射時(shí)不改變傳播方向，恰好觀察不到P1、P2的像時(shí)發(fā)生全反射，測(cè)出玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度θ，此時(shí)入射角θ即為全反射臨界角，由sin θ＝得n＝． 3．用圓弧狀玻璃磚做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)豎

10、直插上兩枚大頭針P1、P2，然后在玻璃磚的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3和P4，使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3以及P1和P2的像，在紙上標(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓，如圖所示(O為兩弧圓心；圖中已畫出經(jīng)過P1、P2點(diǎn)的入射光線)． (1)在圖上補(bǔ)畫出所需的光路圖 (2)為了測(cè)出玻璃磚的折射率，需要測(cè)量入射角和折射角，請(qǐng)?jiān)趫D中的AB分界面上標(biāo)出這兩個(gè)角． (3)多次改變?nèi)肷浣?，測(cè)得幾組入射角和折射角，根據(jù)測(cè)得的入射角和折射角的正弦值，畫出了如圖乙所示的圖象，由圖象知玻璃磚的折射率n＝__1.5__． 解析　(1)P3

11、、P4的連線與CD的交點(diǎn)即為光線從玻璃磚中射出的位置，P1、P2的連線與AB的交點(diǎn)即為光線進(jìn)入玻璃磚中的光路，如圖所示． (2)連接O點(diǎn)與光線在AB上的入射點(diǎn)即為法線，作出入射角和折射角如上圖中i、r所示． (3)圖象的斜率k＝，由圖乙可知斜率為1.5，即該玻璃磚的折射率為1.5． 4．在用插針法測(cè)定玻璃磚折射率的實(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①、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，則 (1)甲同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比__偏小__(選填“偏大”“偏小”或“不變”)． (2)乙同學(xué)測(cè)得折射率與真實(shí)值相比__不變__(選填“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__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)，會(huì)導(dǎo)致玻璃中折射光線偏折小了，所以折射角增大，折射率減小． (2)用圖②測(cè)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)折射率時(shí)，因?yàn)榻缑鎎b′部分在玻璃磚外側(cè)，部分在內(nèi)側(cè)，故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． 6