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4.1光的折射(第二课时)-测定玻璃的折射率【学习目标】会用“插针法”测量玻璃的折射率【课堂合作探究】1、实验原理:根据光的折射定律,测量玻璃折射率的关键是想办法测量出入射角和折射角,为此必须要确定一条光路。如图所示,当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时,只要找出与入射光线AO相对应的出射光线OD,就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO,于是就能测量入射角1、折射角2。根据折射定律n,就可以求出玻璃的折射率了。2、实验器材白纸,图钉,大头针,直尺,铅笔,量角器,平木板,长方形玻璃砖3、实验步骤(1)在白纸上画出一条直线aa作为界面,过aa上的一点O1画出界面的法线NN,并画一条线段AO1作为入射光线,如图所示(2)把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的一个长边与aa对齐用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边,按住直尺或三角板不动将玻璃砖取下,画出直线bb代表玻璃砖的另一边(3)在直线AO1上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线方向,直到P2挡住P1的像再在观察的这一侧竖直插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3以及P1、P2的像,记下P3、P4的位置过P3、P4作一条线段交bb于O2.(4)连接O1O2,直线O1O2就代表了沿AO1方向入射的光线在玻璃砖中的传播路径,入射角1AO1N,折射角2O2O1N.4、数据处理:(1)平均值法。算出不同入射角时的比值,最后求出在几次实验中所测的平均值,即为玻璃砖的折射率。(2)图象法。以sin1值为横坐标、sin2值为纵坐标,建立直角坐标系,如图所示描数据点,过数据点连线得一条过原点的直线求解图线斜率k,则k,故玻璃砖折射率n。(3)作图法。在找到入射光线和折射光线以后,以入射点O为圆心,以任意长为半径画圆,分别与AO交于C点,OO(或OO的延长线)交于D点,过C、D两点分别向NN作垂线,交NN于C、D,用直尺量出CC和DD的长,如图所示由于sin1,sin2,且CODO,所以折射率n1。5、误差分析:(1)玻璃砖移动。(2)玻璃砖的两个平行的折射面与两条平行轮廓线没完全重合。减小误差的方法:选用宽度较大的玻璃砖,玻璃砖宽度宜在5 cm以上,若宽度太小则测量误差较大入射角宜在1575范围内取值在纸上画aa、bb两条线时,应尽量准确地与玻璃砖的两个平行的折射面重合,这样,两交点O1、O2才能与光线的实际入射点较好地相符,否则将使画出的玻璃中的光路与实际情况偏离严重6、注意事项:(1)玻璃砖的两个边aa必须画准确,才能确定法线和准确地画出人射角和折射角。注意不能用玻璃砖替代直尺画线,避免划伤和污染玻璃砖的光学面。可以用铅笔先在白纸上描出玻璃砖每个界面的两个点,然后取下玻璃砖再用直尺连成线。(2)实验时,尽可能将大头针竖直地插在纸上,且A和B之间、B和O之间、C和D之间、C和O之间距离要稍大一些。要透过玻璃砖观察大头针的像,而不是看玻璃砖上面的大头针的顶部。(3)人射角1应适当大一些,以减小测量角度的误差。(4)实验的过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变,不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面。(5)应选用宽度较大的玻璃砖,宽度宜在5cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。【例题】在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图甲所示(1)在下图中画出完整的光路图(2)对你画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n_(结果保留三位有效数字).(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图乙所示图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应出射光线上的2枚大头针是P3和_(选填“A”或“B”).变式训练某同学利用“插针法”测量玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示(1)此玻璃砖的折射率计算式为n_(用图中的1、2表示);(2)P1、P2及P3、P4之间的距离适当_(选填“大”或“小”)些,可以提高准确度【知识巩固提升】1、一束光从真空进入某介质,方向如图所示,则该介质的折射率为_,若光在真空中的传播速度为c,则光在该介质中的传播速度为_2、(多选)根据图中的漫画,判断下列说法正确的是()A人看到的是鱼的实像,位置变浅了些B人看到的是鱼的虚像,位置变浅了些C鱼看到的是人的实像,位置偏低了些D鱼看到的是人的虚像,位置偏高了些3、(多选)某同学用“插针法”做测量玻璃折射率实验时,他的方法和操作步骤都正确无误,但他处理实验记录时,发现玻璃砖的两个光学面aa和bb不平行,如图所示,则()AAO与OB两条直线平行BAO与OB两条直线不平行C他测出的折射率偏大D他测出的折射率不受影响4、某同学利用“插针法”测量玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示(1)此玻璃砖的折射率计算式为n_(用图中的1、2表示);(2)P1、P2及P3、P4之间的距离适当_(选填“大”或“小”)些,可以提高准确度5、某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时,先在白纸上作一个与玻璃圆柱同半径的圆,圆心为O,将玻璃圆柱平放在白纸上,使其边界与所画的圆重合在玻璃一侧竖直插两个大头针P1和P2.在另一侧再先后插两个大头针P3和P4,使从另一侧隔着玻璃观察时,大头针P4和P3与P2和P1的像恰在同一直线上移去玻璃圆柱和大头针后,如图所示(1)在图中画出:沿P1、P2连线方向的入射光线通过圆形玻璃后的传播方向;光线在玻璃内的传播方向;过光线的入射点作法线,标出入射角i和折射角r.(2)写出计算玻璃折射率的公式_
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