江苏版高考物理一轮复习第13章实验18测量玻璃的折射率课件

这是一份江苏版高考物理一轮复习第13章实验18测量玻璃的折射率课件，共60页。PPT课件主要包含了实验储备·一览清，实验类型·全突破，类型1，类型2，2作图如下，甲同学设计的表格是，乙同学设计的表格是，创新点解读等内容，欢迎下载使用。

1．入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些， 入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)。太大：反射光较强，折射光较弱；太小：入射角、折射角测量的误差较大。2．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边界线。
3．测量玻璃的折射率，无论是使用平行玻璃砖、三棱镜，还是使用圆柱形玻璃砖，测量方法和测量结果都相同。如果测量时玻璃砖发生了微小移动，则测量结果会出现偏差。
[题组训练]1．小花在做“测定玻璃的折射率”的实验中，先在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，插上大头针P3、P4，如图所示，aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，用“＋”表示大头针的位置。图中AO表示经过大头针P1和P2的光线，该光线与界面aa′交于O点，NN′表示法线。
(1)请将光路图画完整，并在图中标出光线进入玻璃砖发生折射现象的入射角θ1和折射角θ2。(2)该玻璃砖的折射率可表示为n＝________。(用θ1和θ2表示)(3)确定P3位置的方法是________。
(4)对实验中的现象，下面说法正确的是________。A．大头针应垂直于纸面插上B．此实验可以不用量角器C．如果玻璃砖aa′和bb′不平行，则无法用此方法测量折射率D．如果入射角太大，则折射光线会在玻璃砖内表面发生全反射，而使实验无法进行
[解析]　(1)由于P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，故通过P1、P2的光线折射后通过P3、P4，作出光路图，如图所示：
(3)在另一侧透过玻璃砖观察，插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像。
(4)大头针应垂直地插在纸面上，这样便于观察，故A正确。没有量角器，可以用下列方法求出折射率：完成了光路图以后，以O点为圆心、适当长度为半径画圆，分别交线段OA于A点，交O、O′连线延长线于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，如图所示。
所以测得的折射率不变，所以玻璃砖aa′和bb′不平行，也可以用此方法测量折射率，故C错误。因为光先从空气射入玻璃中，玻璃两界面平行，即便是入射角太大，折射光线在玻璃砖内表面也不会发生全反射，故D错误。
2．小张同学利用“插针法”测定玻璃的折射率。(1)小张将玻璃砖从盒子拿出放到白纸上，图示操作较为规范与合理的是________。A　　　　　　B　　　　　　C
(2)小张发现玻璃砖上下表面不一样，一面是光滑的，一面是磨砂的，小张要将玻璃砖选择________(选填“磨砂的面”或“光滑的面”)与白纸接触的放置方法进行实验较为合理。
(3)小张正确操作插好了4枚大头针，如图所示，请帮助小张画出正确的光路图。然后进行测量和计算，得出该玻璃砖的折射率n＝________(保留3位有效数字)。
[解析]　(1)玻璃砖的光学面不能用手直接接触，接触面的污渍会影响接触面的平整，进而影响折射率的测定，B正确；(2)为了不影响观察实验，应使得磨砂面接触纸面；(3)光路图如图所示：
[答案]　(1)B　(2)磨砂的面　(3)图见解析　1.53
3．(2023·徐州模拟)某同学用插针法测定一长方体玻璃砖的折射率。操作步骤如下：①在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2；②在玻璃砖的另一侧观察，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和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像；③用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa′和bb′；
④取下玻璃砖、大头针，在白纸上描出光线的径迹，量出入射角i和折射角r，计算出折射率；⑤改变入射角，重复上述过程，求出多组折射率并取其平均值。甲　　　　　　　　乙
(1)以上步骤中有错误或不妥之处的是 ________(填步骤前序号)。(2)为了减小实验误差，实验时应注意的是 ________。A．入射角应尽量小些B．玻璃砖的宽度宜小一些C．大头针应垂直的插在纸面上D．大头针P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些
(3)该同学在画界面时，不小心将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，如图甲所示，则他测得折射率 ________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。(4)若该同学没有量角器，在完成光路图后，以O点为心画圆，分别交线段OA于A点，交OO′连线延长线于B点，如图乙所示，请利用毫米刻度尺测量相关距离，并计算得出玻璃的折射率n＝________(保留两位有效数字)。
[解析]　(1)③应该是在玻璃砖两侧分别描两个点，然后移开玻璃砖，接着分别过两点作出边界aa′和bb′。(2)为了减小实验误差，入射角应适当大些，故A错误；为了减小实验误差，玻璃砖的宽度应适当宽一些，故B错误；为了便于大头针挡住前面大头针的像，大头针应垂直的插在纸面上，故C正确；为了减小实验误差，大头针P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些，故D正确。故选CD。
(3)界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，导致折射角偏大，则导致折射率偏小。
[答案]　(1)③　(2)CD　(3)偏小　(4)1.63
1．计算法用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的θ值，并取平均值。2．作sin θ1-sin θ2图像
[题组训练]1. (2023·江苏高三月考)在“用插针法测定玻璃的折射率”实验中，甲、乙两位同学分别使用矩形玻璃砖和梯形玻璃砖进行实验。(1)甲同学在纸上画出的界面aa′、bb′与矩形玻璃砖位置的关系如图甲所示，若其他操作均正确，且以aa′、bb′为界面画光路图，则测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”“不变”或“可能偏小、偏大或不变”)
(2)乙同学使用梯形玻璃砖经正确操作插好了4枚大头针，如图乙所示，其垂直投影平面图如图丙所示。乙　　　　　丙　　　　　丁该玻璃砖的折射率n＝________。(结果保留3位有效数字)
(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，乙同学用梯形玻璃砖又做了两次实验，经正确操作共插好了8枚大头针，如图丁所示图中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”)。
[解析]　(1)甲同学的测量可能出现三种可能，光路图如图所示，当出射点为c时，测量值与真实值相同，当出射点在c左侧时，测量值小于真实值，当出射点在c点右侧时，测量值大于真实值，故丙同学测得的折射率与真实值相比可能偏大，可能偏小，可能不变。
(3)光线经由P1P2射入后光路图如图所示，第一次折射时入射角大于折射角，第二次折射在玻璃砖内向空气中折射，折射角要大于入射角，出射光线要远离法线，由图可知经由P3A的出射光线符合事实，而经由P3B的出射光线靠近法线不符合事实。故对应的出射光线上的2枚大头针是P3和A。
[答案]　(1)可能偏小、偏大或不变　(2)1.54(1.48～1.54都算对)　(3)A
2．如图甲所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′。O为直线AO与aa′的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。甲　　　　　乙　　　　丙
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有________A．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像B．插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像C．插上大头针P4，使P4仅挡住P3D．插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像(2)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的法线NN′，连接OO′。测量图甲中角α和β的大小。则玻璃砖的折射率n＝________。
(3)如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)准确值。(4)另一位同学准确地画好玻璃砖界面aa′和bb′后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些。如图丙所示，若其他操作均正确，则折射率的测量值______(选填“大于”“小于”或“等于”)准确值。
[解析]　(1)该同学接下来要完成的必要步骤有：确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3能挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是大头针P4能挡住P3和P1、P2的像。故该同学接下来要完成的必要步骤有：B、D。
(4)如图所示，实线表示将玻璃砖向下平移后实际的光路图，而虚线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律得知，该同学测得的折射率将不变。
3．在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路如图(a)。(a)　　　　　(b)　　　　(c)
(1)在实验中，如果用量角器分别量出入射角θ1和折射角θ2，那么，该玻璃砖的折射率的表达式为n＝________。(2)在实验数据的处理中，有两位同学各设计了一个记录表格，而且都已完成了计算，根据他们设计的表格所反映的信息，判断他们论证做得是否正确。
答：上述两位同学做得正确的是________(选填“甲”或“乙”)。
(3)若甲在做测定玻璃的折射率的实验时，法线画得与界面不垂直，出现如图(b)所示的倾斜；若乙在放置玻璃砖时，玻璃砖的平面没有与aa′重合，出现如图(c)所示的偏差，则他们测得的折射率比真实值________。A．甲、乙均偏小 B．甲、乙均偏大C．甲偏大、乙偏小 D．甲偏小，乙偏大
(2)为了减小测量的偶然误差，必须采用多次测量取平均值的方法，由于每次测量时，入射角不同，折射角不同，每次测量入射角与折射角之间没有直接关系，入射角和折射角取平均值没有意义，而介质的折射率仅由介质的性质决定，是不变的，所以应求出每一个入射角及对应的折射角，运用折射定律求出折射率，再求出折射率的平均值，可有效减小测量的误差，这样做有意义。故甲同学做得正确。
1. (2023·淮安中学高三检测)动手做实验可让学生们提高对物理实验的理解和应用能力。如图所示，一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率，请填写下述实验步骤中的空白。
类型2　实验拓展与创新
(1)用刻度尺测出广口瓶瓶口内径d。(2)在瓶内装满水。(3)将刻度尺沿瓶口边缘竖直插入水中。(4)沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的0刻度(即图中A点)，同时看到水面上B点刻度的像B′恰与A点的像重合。如图，若水面恰与直尺的C点相平，则________和________分别等于入射角和折射角。
(5)读出________和________的长度。(6)由题中所给条件和前面步骤得到的数据，可以计算水的折射率n＝________。
[解析]　(4)从A点发出的光线经折射后进入眼睛，所以∠OAC等于入射角，∠OB′C(或∠OBC)等于折射角。(5)若水面恰与直尺C点相平，读出AC和AB(或BC)的长度。(6)设从A点发出的光线射到水面时入射角为i，折射角为r，根据数学知识得
(1)实验器材随手可得。(2)实验原理是光的反射定律和折射定律。(3)解决问题的方法是反射的对称性和几何知识。
2．某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表
面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出O、A间的距离为20.00 cm，A、B间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm。由以上数据可求出玻璃的折射率n＝________，光在玻璃中传播速度v＝________ m/s(光在真空中传播速度c＝3.0×108 m/s，结果均保留两位有效数字)。
[答案]　1.2　2.5×108
本题的创新点是综合应用了光的反射定律和折射定律。
3.现要估测一矩形玻璃砖的折射率n，给定的器材有：待测玻璃砖、白纸、铅笔、大头针1枚、直尺、直角三角板。实验时，先将直尺的一端O和另一点M标上两个明显的标记，再将玻璃砖平放在白纸上，沿其两个长边在白纸上画出两条直线AB、CD，
再将直尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置，使O点与直线CD相交，并在白纸上记下点O、M的位置，如图所示，然后在右上方通过AB所在界面向左下方观察，调整视线方向，直到O点的像与M点的像重合，再在AB直线上插上大头针，使大头针挡住M、O的像，记下大头针P点的位置。
(1)请在原图上作出光路图；(2)计算玻璃砖的折射率的表达式为：n＝________(用字母P和图中已知线段字母表示)。
[解析]　(1)调整视线方向，当O点的像和M点的像重合时，从O点发出的光线经玻璃砖折射后与从M点发出的光线经AB面反射后重合。在观察的一侧插上大头针，使大头针挡住M、O的像，则大头针的位置为折射光线射出玻璃砖的点和从M点发出的光线在AB面上的反射点，如图所示。
本题的创新点是光的反射现象和折射现象的组合。
4．用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线。
(1)在图上补画出所需的光路。(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的AB分界面上画出这两个角。(3)用所测物理量计算折射率的公式为n＝________。
(5)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝________。　甲　　　　　　　　　　　乙