第54讲-实验、探究-测定玻璃的折射率教案-新人教版选修3-4.doc

(完整word)第54讲 实验、探究 测定玻璃的折射率教案 新人教版选修3-4
第54讲　实验、探究:测定玻璃的折射率
　考情 剖析　
（注：①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识,Ⅱ代表理解和应用；②命题难度中的A代表容易,B代表中等,C代表难）

考查内容
考纲要求
及变化
考查年份
考查形式
考查详情
考试层级
命题难度
测定玻
璃的折
射率（实
验、探
究)
Ⅰ
12年
填空
考查“测定玻璃的折射率”的实验原理及数据处理
次重点
B
小结
及
预测
1.小结：测定玻璃的折射率实验以填空题的形式进行考查，考查实验原理及数据处理．
2．预测：仅在12年考查过,但仍然不能排除14年仍会考查的可能性．
3．复习建议：建议复习时全面理解光的折射及反射定律和了解此实验的实验原理、实验内容、注意事项以及误差分析等.

知识 整合　

实验目的
1．理解用插针法测定玻璃折射率的原理；
2．学会测定玻璃的折射率的实验方法．
实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针(四枚）、图钉(四枚）、量角器、三角板(或直尺）、铅笔．
实验原理
用插针法确定光路，找出跟________线相对应的________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＝
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__________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,使它的一个边跟aa′对齐，并画出玻璃砖的另一个边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________和________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__________和P1和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作直线O′B与bb′交于O′,连接OO′,OO′就是玻璃砖内的________光线，入射角i＝∠NOA，折射角r＝∠O′ON′；
8．用量角器量出入射角和折射角的度数；
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i＝∠NOA和折射角r＝∠O′ON′的正弦值;
11．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，这就是玻璃砖的折射率．

数据处理
数据处理的另一种方法:如图所示，以O1为圆心以任意长为半径（半径要尽可能长些约10cm）画圆交入射光线AO1

于M点、交折射光线O1O于P点，过M、 P作NN′的垂线MK、 PQ，则n＝__________，据此可知，用刻度尺测出MK、 QP的长度，即可求出折射率n.
误差分析
误差的主要来源：
1．确定入射光线、出射光线时的误差．故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜________点；
2．测量入射角与折射角时的误差．故入射角不宜过______，但入射角也不宜过大，过大则反射光较强,出射光较弱．
注意事项
1．玻璃砖要厚，用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面；
2．入射角应在30°到60°之间；
3．大头针要竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应尽量__________一些，以减小确定光路方向时造成的误差；
4．玻璃砖的折射面要画准；
5．由于要多次改变入射角重复实验，所以入射光线与出射光线要一一对应编号以免混乱．

1．用刻度尺或量角器测量长度或角度计算折射率n。
2．误差分析时注意主要误差来源,针对实际问题进行分析．
3．注意事项注意文字表述,一定要准确精炼．
【典型例题】 “测定玻璃的折射率”实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D.在插入第四个大头针D时，要使它________．题图是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a′是描在纸上的玻璃砖的两个边．根据该图可算得玻璃的折射率n＝________.(计算结果保留两位有效数字）

温馨提示
解此题时,应熟悉实验步骤，会利用公式计算折射率．
记录空间

【变式训练1】某同学用插针法测量平行玻璃砖的折射率n，作出光路如图所示，过C点作法线交玻璃砖于A点和C点，过O点延长入射光线交AC于B点．

（1)设OA的长度为l1，OB的长度为l2，OC的长度为l3，AB的长度为l4，AC的长度为l5，为方便地测量出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量的至少有__________（选填l1、l2、l3、l4、l5），则计算玻璃砖折射率的表达式为n＝__________.
(2）为减少测量时带来的实验误差，入射角应适当________________________(选填“大”或“小”）一些．
【变式训练2】在做“测定玻璃的折射率”的实验时
（1)某同学在纸上正确画出玻璃的两个界面ab和cd时不慎碰了

玻璃砖，使它向上平移了一些，如图所示，其后的操作都正确．在画光路图时,将入射点和出射点分别确定在ab、 cd上,则测出的折射率n将如何变化；
（2）某同学为了避免笔尖接触玻璃面，画出的ab和cd都比实际侧面向外侧平移了一些，如图甲所示，其后的操作都正确．但在画光路图时，将入射点、出射点分别确定在ab、 cd上，则测出的折射率n将如何变化；

甲　　　　　　　　　　乙
(3)某同学在画界面时，不小心将两个界面ab、 cd间距画得比玻璃砖宽度大些,如图乙所示,则测出的折射率n将如何变化．
随堂 演练　

1．如图用插针法测定玻璃折射率的实验中，以下各说法中正确的是(　　)

　第1题图

A．P1、 P2及P3、 P4之间的距离适当大些,可以提高准确度
B．P1、 P2及P3、 P4之间的距离取得小些，可以提高准确度
C．入射角θ1适当大些，可以提高准确度
D．入射角太大，折射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射，使实验无法进行
2．某同学做“测定玻璃的折射率”实验时，由于没有量角器,在完成光路图后，以O为圆心画圆，分别交入射光线于A点，交OO′连线延长线于C点．分别过A点、C点作法线NN′的垂线AB、CD交NN′于B点、D点,用刻度尺量得AB＝6 cm，CD＝4 cm，玻璃的折射率为________．

第2题图
3．在做“测定玻璃砖折射率”的实验时，乙同学为了避免笔尖接触玻璃面，画出的a′b′和c′d′都比实际侧面向外侧平移了一些,如图所示，以后的操作都正确，画光路图时，将入射点和折射点确定在a′b′和c′d′上，则测出的折射率将________________________．

第3题图
4．在测定玻璃的折射率实验中，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挡住，再在观察的这一侧插两枚大头针P3、 P4，使P3挡住P1、 P2，P4挡住P1、 P2、 P3,记下P3、 P4的位置．
(4)移去大头针和玻璃砖，连接P1、 P2作为入射光线，连接P3、 P4作为折射光线,测量出入射角i与折射角r,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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
5．一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的(光线不能通过此表面）．现要测定此玻璃的折射率．给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚（P1、P2、P3、P4）、带有刻度的直角三角板、量角器．实验时，先将玻璃砖放到白纸上,使上述两个相互平行的表面与纸面垂直．在纸上画出直线aa′和bb′，aa′表示镀银的玻璃表面，bb′表示另一表面，然后,在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2，如图所示，用P1、P2的连线表示入射光线．

第5题图
（1)为了测量折射率，应如何正确用大头针P3、P4，试在题图中标出P3、P4的位置；
（2)然后，移去玻璃砖与大头针．试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2。简要写出作图步骤．
(3）写出用θ1、θ2表示的折射率公式为n＝________________________________________________________________________.
第54讲　实验、探究:测定
玻璃的折射率
知识整合
基础自测
　实验原理： 入射　折射
　实验步骤： 2。入射　5.P1　P2　6.本身　7。折射
　数据处理:
　误差分析： 1.大　2。小
　注意事项： 3。大
重点阐述
【典型例题】 “测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B,在另一侧再竖直插两个大头针C、D.在插入第四个大头针D时，要使它________．题图是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、a′是描在纸上的玻璃砖的两个边．根据该图可算得玻璃的折射率n＝________.（计算结果保留两位有效数字)

【答案】　挡住C及A、B的像　1.8(1。6－1。9）　【解析】 在插入第三个大头针C时，要使它挡住A、B的像;在插入第四个大头针D时,要使它挡住C及A、B的像，

　玻璃折射率n＝
　≈≈1。8。
变式训练1　（1)l2、l3　　（2）大　【解析】 (1）如图所示，根据折射定律和几何关系可得n＝＝＝；(2）入射角适当大些可减小测量误差．
变式训练2　（1）不变　（2）偏小　(3)偏小　【解析】　(1）作出光路图，如图，可以看出光线入射角相同，折射角不变，此时玻璃砖的平移对测量
结果没有影响,故测得的折射率n不变．

（2）作出光路图，如图甲，可以看出，使入射点向左移，出射点向右移,所画出的折射角r′比实际折射角r偏大,根据n＝知，测得的折射率偏小．

甲　　　　　　　　　　乙
（3）如图乙所示，可看出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．
随堂演练
　1.AC　【解析】 P1、P2、P3、P4之间的距离适当大些，可减少测量误差，提高精确度，A正确．入射角θ1适当大些，也可减小误差，提高精确度，C正确．当玻璃砖前后两表面平行时，P1P2与P3P4也平行，光线不可能发生全反射,D错．
　2.1。5　【解析】 O所在玻璃面为界面，设入射角为θ1，折射角为θ2.由几何关系得：sinθ1＝,sinθ2＝其中OA＝OC，由以上关系得n＝,代入数据得：n＝1。5.
　3。偏小　【解析】 根据题中的情况,做出相应光路图，如图所示,从图中可看出在该同学的操作下，使入射点O1向左平移，折射点O2将向右移，所画出的折射角r比实际折

第3题图

射角r偏大，而入射角又不变，由n＝知，测得的折射角将偏小．
　4。见解析　【解析】　步骤（2)中应在白纸上画出玻璃砖的另一边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．

第5题图

5．(1）如图所示　(2）见解析　(3)　【解析】 (1)在bb′一侧观察P1、 P2（由P1、P2发出的光经bb′折射，再经aa′反射,最后经bb′折射后射出）的像，在适当的位置插上P3，使得P3挡住P1、 P2的像(在一条直线上);再插上P4，让它挡住P2（或 P1）的像和P3。如图所示．
　（2）①过P1、 P2作直线与bb′交于O；　②过P3、 P4作直线与bb′交于O′；　③利用刻度尺找到OO′的中点M；　④过O点作bb′的垂线CD，过M点作bb′的垂线与aa′相交于N点，如图所示，连结ON；　⑤∠P1OD＝θ1，∠CON＝θ2。　(3）n＝
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