![2020-2021学年沪科版(2019)选择性必修第一册 4.1光的折射 教案01](http://img-preview.51jiaoxi.com/3/6/6002663/0/0.jpg?x-oss-process=image/resize,w_794,m_lfit,g_center/sharpen,100)
![2020-2021学年沪科版(2019)选择性必修第一册 4.1光的折射 教案02](http://img-preview.51jiaoxi.com/3/6/6002663/0/1.jpg?x-oss-process=image/resize,w_794,m_lfit,g_center/sharpen,100)
![2020-2021学年沪科版(2019)选择性必修第一册 4.1光的折射 教案03](http://img-preview.51jiaoxi.com/3/6/6002663/0/2.jpg?x-oss-process=image/resize,w_794,m_lfit,g_center/sharpen,100)
高中物理沪科版 (2019)选择性必修 第一册第4章 光及其应用4.1 光的折射教学设计
展开
2020-2021学年沪科版(2019)选择性必修第一册
4.1光的折射 教案
[目标定位] 1.通过实验了解平行玻璃砖的光学性质.2.会用“插针法”测定玻璃的折射率.
一、实验器材
两对面平行的玻璃砖一块、大头针四枚、白纸一张、直尺一把或三角板一个、量角器一个.
二、实验原理
如图1所示,当光线AB以一定入射角i穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AB对应的出射光线CD,从而画出折射光线BC,量出折射角r,再根据n=算出玻璃的折射率.
图1
一、实验步骤
1.如图1所示,将白纸用图钉钉在平木板上.
2.在白纸上画出一条直线EE′作为两种介质的分界面,过EE′上的一点B画出界面的法线NN′,并画一条线段AB作为入射光线.
3.把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟EE′对齐,画出玻璃砖的另一边FF′.
4.在直线AB上竖直插上两枚大头针G1、G2,透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像,调整视线方向直到G2的像挡住G1的像.再在观察者一侧竖直插上两枚大头针G3、G4,使G3挡住G1、G2的像,G4挡住G3本身及G1、G2的像,记下G3、G4的位置.
5.移去大头针和玻璃砖,过G3、G4所在处作直线CD与FF′交于C,直线CD就代表了沿AB方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向.
6.连接BC,入射角i=∠ABN,折射角r=∠CBN′,用量角器量出i和r,从三角函数表中查出它们的正弦值,把这些数据记录在自己设计的表格中.
7.用上述方法测出入射角分别为15°、30°、45°、60°、75°时的折射角,查出它们的正弦值,填入表格中.
8.算出不同入射角下的正弦比值,最后求出在几次实验中比值的平均值,即为玻璃砖的折射率.
9.数据处理
(1)作图法:为了减小误差,可以用作图法求出折射率,改变不同的入射角i,测出不同的折射角r,以sin r为横坐标,sin i为纵坐标,做出sin i-sin r图像,由n=可知图像应为直线,则直线的斜率就表示玻璃的折射率.
(2)直尺圆规测量法:如图2所示,以B点为圆心,以一定长R为半径,画一个圆交入射光线于G点,交折射光线BC于G′,过G做NN′的垂线GH,过G′做NN′的垂线G′H′,如图所示,sin i=,sin r=,BG=BG′=R,则n==.只要用刻度尺测出GH、G′H′的长度就可以求出n.
图2
例1 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P1、P2和P3、P4,如图3所示.
(1)在坐标纸上画出完整的光路图,并标出入射角i和折射角r;
(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=________(保留两位有效数字).
图3
解析 (1)根据光线通过平行玻璃砖,经玻璃砖折射,入射光线和折射光线将保持平行,那么将入射光线P1P2与玻璃砖上边界的交点作为入射点,过入射点作上边界的垂线作为法线,则可标出入射角i,将出射光线P3P4与玻璃砖下边界的交点作为出射点,将入射点与出射点用一直线连接,这一直线就是折射光线,即可标出折射角r.
(2)由折射率n=,据坐标纸中的格子数,可知sin i=,sin r=,那么折射率n=≈1.4.
答案 (1)如图所示 (2)1.4
针对训练 某同学由于没有量角器,他在完成了光路图后,以O点为圆心,10 cm为半径画圆,分别交线段OA于A点,交线段OO′的延长线于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NN′于D点,如图4所示.用刻度尺量得OB=8 cm,CD=4 cm,由此可得出玻璃的折射率n=________.
图4
解析 由题图可知sin ∠AOB=,sin ∠DOC=,OA=OC=R,根据n=知,n====1.5.
答案 1.5
二、实验注意事项
1.实验中,玻璃砖在白纸上位置不可移动.
2.不能用手触摸玻璃砖光洁面,更不能把玻璃砖当尺子用.
3.大头针应竖直插在白纸上,且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些,以减小确定光路方向时造成的误差.
4.实验中入射角不宜过小,否则会使测量误差大,也不宜过大.
5.本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖,而是采用三棱镜、半圆形玻璃砖等,那么只是出射光线和入射光线不平行,同样能测出折射率.
例2 在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图5①、②和③所示,其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖.他们的其他操作均正确,且均以aa′、bb′为界面画光路图,则:
图5
甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”).
乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”).
丙同学测得的折射率与真实值相比_________.
解析 用图①测定折射率时,玻璃中折射光线偏折大了,所以折射角增大,折射率减小;用图②测定折射率时,只要操作正确,与玻璃砖形状无关;用图③测定折射率时,无法确定折射光线偏折的大小,所以测得的折射率可大、可小、可不变.
答案 偏小 不变 可能偏大、也可能偏小、还可能不变
实验原理与数据处理
1.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,在棱镜的一侧插入两枚大头针P1和P2,然后在棱镜的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、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6所示.
图6
(1)在本题的图上画出所需的光路图;
(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________.
解析 (1)如图所示,画出通过P1、P2的入射光线,交AC面于O,画出通过P3、P4的出射光线交AB面于O′.则光线OO′就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线.
(2)在所画的图上注明入射角i和折射角r,并画出虚线部分,用量角器量出i和r(或用直尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度).
(3)n=(或因为sin i=,sin r=,则n==).
答案 见解析
注意事项与误差分析
2.(多选)在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中,其实验光路图如图7所示,对实验中的一些具体问题,下列说法正确的是( )
图7
A.为了减少作图误差,P3和P4的距离应适当取大些
B.为减少测量误差,P1、P2连线与法线NN′的夹角应适当取大一些
C.若P1、P2的距离较大时,通过玻璃砖会看不到P1、P2的像
D.若P1、P2连线与法线NN′间夹角较大时,有可能在bb′一侧就看不到P1、P2的像
解析 实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间,P2与O点之间,P3与P4之间,P3与O′之间距离要稍大一些.入射角应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大,也不宜太小.在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线.
答案 AB
题组一 注意事项与误差分析
1.(多选)某同学用插针法测定玻璃砖的折射率.他的实验方法和操作步骤正确无误.但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa′与bb′不平行,如图1所示.则下列说法正确的是( )
图1
A.P1P2与P3P4两条直线平行
B.P1P2与P3P4两条直线不平行
C.他测出的折射率偏大
D.他测出的折射率不受影响
答案 BD
2.在利用插针法测定玻璃折射率的实验中:
(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa′和bb′后,不小心碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许,如图2甲所示.则他测出的折射率将________(填“偏大”“偏小”或“不变”).
(2)乙同学在画界面时,不小心将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些,如图乙所示,则他测得的折射率________(填“偏大”“偏小”或“不变”).
图2
解析 (1)如图所示,甲同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,测得的入射角、折射角没有受到影响,因此测得的折射率将不变.
(2)如图所示,乙同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,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.
答案 (1)不变 (2)偏小
题组二 实验原理、步骤与数据处理
3.(多选)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sin isin r图像如图3所示,下列判断中正确的是( )
图3
A.他做实验时,光线是由空气射入玻璃的
B.玻璃的折射率为0.67
C.玻璃的折射率约为1.5
D.当测得入射角为60°时,则折射角为30°
解析 由题图可知入射角大于折射角,故选项A对;任何介质的折射率都大于1,故选项B错;由折射率公式n=,可得n=≈1.5,故选项C对;由n=得sin r==,r≠30°,故D错.
答案 AC
4.测定玻璃砖折射率的实验如图4所示,把玻璃砖放在白纸上之前应在纸上先画好图上的三条直线,它们分别是______、______、________,最后按正确的要求插上大头针P3、P4,由P3、P4的位置决定了光线________的方向,从而确定了折射光线__________的方向.
图4
答案 a NN′ AO O′B OO′
5.用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率,O为玻璃截面的圆心,使入射光线跟玻璃砖的平面垂直,如图5所示的四个图中P1、P2、P3和P4是四个学生实验插针的结果.
图5
(1)在这四个图中肯定把针插错了的是________.
(2)在这四个图中可以比较准确地测出折射率的是________.计算玻璃的折射率的公式是________.
解析 如图所示,将P1P2看做入射光线,P3P4看做出射光线,由题图知,入射光线与界面垂直,进入玻璃砖后,在玻璃砖内传播方向不变,由作出的光路图可知选项A、C错误;而选项B中光路虽然正确,但入射角和折射角均为零,测不出折射率,只有选项D能比较准确地测出折射率,角度如图,其折射率:n=.
答案 (1)A、C (2)D n=
6.一块玻璃砖有两个相互平行的表面,其中一个表面是镀银的(光线不能通过该表面).现要测定此玻璃砖的折射率.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.
图6
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,如图6所示.然后,在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图).用P1、P2的连线表示入射光线.
(1)为了测量折射率,应如何正确使用大头针P3、P4?试在图中标出P3、P4的位置.
(2)然后,移去玻璃砖与大头针.试在图中通过作图的方法标出光线从空气射到玻璃中的入射角i与折射角r.简要写出作图步骤.
(3)写i、r表示的折射率公式为n=________.
解析 (1)在bb′一侧观察P1、P2的像(经bb′折射,aa′反射,再从bb′折射出来),在适当位置插上P3,使得P3与P1、P2的像在一条直线上,即让P3挡住P1、P2的像;再插上P4,让它挡住P1、P2的像和P3,P3、P4的位置如图所示.
(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′交于N,连接ON;⑤∠P1OD=i,∠CON=r.
(3)玻璃砖的折射率n=.
答案 见解析
7.某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时,先在白纸上作一与圆形玻璃同半径的圆,圆心为O,将圆形玻璃平放在白纸上,使其边界与所画的圆重合.在玻璃一侧竖直插两枚大头针P1和P2,在另一侧再先后插两枚大头针P3和P4,使从另一侧隔着玻璃观察时,大头针P4、P3和P2、P1的像恰在一直线上.移去圆形玻璃和大头针后,在图7中画出:
图7
(1)沿P1、P2连线方向的入射光线通过圆形玻璃后的传播方向;
(2)光线在玻璃内的传播方向;
(3)过光线的入射点作法线,标出入射角i和折射角r;
(4)写出计算圆形玻璃折射率的公式.
解析 (1)P1P2为入射光线,P3P4为通过圆形玻璃后的折射光线.(2)O1O2为入射光线P1P2在玻璃中的折射光线.
(3)如图所示.(4)n=.
答案 见解析
8.如图8所示,等腰直角三棱镜ABO的两腰长都是16 cm.为了测定它的折射率,棱镜放在直角坐标系中,使两腰与Ox、Oy轴重合.从OB边的C点注视A点,发现A点的视位置在OA边上的D点,在C、D两点插上大头针,测出C点的坐标位置(0,12),D点的坐标位置(9,0),试由此计算出该三棱镜的折射率.
图8
解析 从C点注视A点,发现A点的视位置在OA边上的D点,说明光线AC经OB边发生折射,反向延长线过D点,由此可作出由A点入射到C点的光路如图所示,sin r==,sin i==,则n==.
答案
物理选择性必修 第一册1 光的折射优秀教学设计: 这是一份物理选择性必修 第一册1 光的折射优秀教学设计,共9页。教案主要包含了教材分析,教学目标与核心素养,物理观念,科学思维,科学探究,科学态度与责任,教学重点与难点,教学重点等内容,欢迎下载使用。
高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 光的折射优秀教学设计及反思: 这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 光的折射优秀教学设计及反思,共7页。教案主要包含了自主学习,学始于疑,合作探究,进阶闯关检测等内容,欢迎下载使用。
物理选择性必修 第一册1 光的折射一等奖教案设计: 这是一份物理选择性必修 第一册1 光的折射一等奖教案设计,共3页。教案主要包含了学习效果检测等内容,欢迎下载使用。