2 中學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測(cè)量玻璃的折射率 第4章光的折射 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.通過實(shí)驗(yàn)了解平行玻璃磚的光學(xué)特性。 2、可以用“針法”測(cè)量玻璃磚的折射率。 內(nèi)容指標(biāo)練習(xí) 學(xué)習(xí)并運(yùn)用實(shí)踐訓(xùn)練練習(xí) 達(dá)到標(biāo)準(zhǔn) 檢查評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 技能儲(chǔ)備 清晰原則 細(xì)化方法 快遞客服問題處理 詳細(xì)方法 估算法pdf 估算法pdf 山木法pdf H&H法 下載技能儲(chǔ)備 1.實(shí)驗(yàn)：測(cè)量玻璃的折射率 1.實(shí)驗(yàn)原理 用插針法確定光路，找出入射光對(duì)應(yīng)的出射光，在玻璃磚中畫出對(duì)應(yīng)的折射光，于是一組對(duì)應(yīng)的入射光可以測(cè)量角度和折射角。 根據(jù)折射定理，可求得玻璃的折射率。 2、實(shí)驗(yàn)器材 玻璃磚、白紙、木板、四根大頭針、圖釘（3～4個(gè)）、量角器、直尺、鉛筆。 3. 實(shí)驗(yàn)步驟 (1) 用白紙將圖釘釘在木板上。 (2)用尺子畫一條平行于玻璃磚一個(gè)表面的直線aa'作為界面，過aa'上一點(diǎn)O畫一條垂直于aa'的直線NN'為法線，畫出通過O的入射線讓光線AO使入射角i變大。 如圖1所示。 圖1 (3)在AO線上垂直插入兩個(gè)引腳P1和P2，將待測(cè)玻璃磚放在白紙上，使玻璃磚的一個(gè)面與aa'重合。 (4)用尺子在玻璃塊的另一邊畫一條直線bb'平行。 (5) 在玻璃塊bb'側(cè)的白紙上垂直插入一根P3針，調(diào)整視線。 同時(shí)，連接引腳P3的位置。 當(dāng)P3能同時(shí)蓋住插在玻璃磚aa'一側(cè)的引腳P1和P2的圖像時(shí)，插入引腳P3。 (6)在玻璃磚bb'的一側(cè)垂直插入一個(gè)引腳P4，使P4覆蓋P3本身，同時(shí)覆蓋P1和P2的圖像。 (7) 記下P3、P4的位置，取下玻璃磚，拔出銷釘，通過P3、P4連直線BO'與bb'交于O'點(diǎn)，連OO'，OO'為折射入射光AO射入玻璃磚中，折射角為r。 (8)藥物測(cè)角儀測(cè)量入射角i和折射角r。 (9)改變?nèi)肷浣莍，重復(fù)前面的步驟三四次，測(cè)量相應(yīng)的入射角和折射角。 (10)計(jì)算不同入射角下的數(shù)值，求出幾次實(shí)驗(yàn)的平均值，即為玻璃的折射率。 4、數(shù)據(jù)處理 (1)估算方法：由n=以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別計(jì)算n1、n2、n3、……，求其平均值，即為玻璃塊折射率的檢測(cè)值。 (2)Image法：因?yàn)閟ini=nsinr，所以
可以將其中的數(shù)據(jù)作為橫坐標(biāo)為sinr值，縱坐標(biāo)為sini值，構(gòu)建直角坐標(biāo)系，如圖2所示。畫出數(shù)據(jù)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)點(diǎn)連起來，得到一條直線通過通過起源。 求解圖線斜率，如果斜率為k，則n=k。 圖2（3）單位圓法：通過入射點(diǎn)畫玻璃塊界面的法線NN'，以入射點(diǎn)B為圓心，以適當(dāng)粗細(xì)為直徑畫圓，入射光線、折射光線和圓在A、C處相交，從A、C點(diǎn)畫垂線到法線，分別在A'、C'點(diǎn)與法線NN'相交，如圖3 . 測(cè)量垂直線AA′和CC′的寬度，即可表示玻璃磚的折射率。 關(guān)于戰(zhàn)友這兩年的實(shí)際表現(xiàn)。 材料和材料。 招標(biāo)技術(shù)打分表 圖表與成交pdf 視力表復(fù)印件pdf 用圖表說話pdf 如圖35 注意事項(xiàng) （1）輕拿玻璃磚，手只能觸摸玻璃磚的粗糙表面或邊緣，并且不能觸摸白色光學(xué)表面。 禁止使用玻璃磚作為尺子。 (2) 實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚在紙上的位置無法連接。 (3) 引腳P1和P2、P3和P4的寬度要適當(dāng)大一些，以減少確定光線方向時(shí)的偏差。 (4) 實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角不能太小（接近于零），否則會(huì)加強(qiáng)檢測(cè)偏差； 太大（接近90°），否則難以觀察到P1和P2的圖像。 二、光的色散現(xiàn)象 1、色散：白光實(shí)際上是由各種單色光組成的多色光。 多色光通過透明介質(zhì)分解成單色光的現(xiàn)象稱為色散。 2、同種介質(zhì)對(duì)不同顏色的光有不同的折射率。 在各種有色光中，介質(zhì)對(duì)紫光的折射率最大，也就是說紫光在介質(zhì)中的傳播速度最小。 練習(xí)1.實(shí)驗(yàn)：玻璃折射率的測(cè)定。 例 1. 用棱鏡測(cè)量玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，先將棱鏡放在白紙上，在棱鏡 P1 和 P2 的右側(cè)將兩根針垂直插入白紙，然后觀察棱鏡的另一邊，調(diào)整視線使P1的像被P2擋住，然后在耳朵的右側(cè)垂直插入兩個(gè)P3和P4針腳，使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3和P1，P2的像，紙上標(biāo)記的引腳位置和棱鏡輪廓如圖4所示。 (1)在本題圖片上畫出所需的光路； 圖4 分析 如圖所示，畫出通過P1、P2與AC平面相交于O的入射光線，畫出通過P3、P4與AB平面相交于O'的出射光線。 那么光線OO'就是入射光線P1P2在棱鏡光線中的折射。 過O點(diǎn)分析AC面的法線，在畫圖上標(biāo)出入射角θ1和折射角θ2，用藥物測(cè)角儀
測(cè)量 θ1 和 θ2。 (2) 測(cè)量棱鏡玻璃的折射率，需要檢測(cè)的量為 ，并在圖上標(biāo)出； 答案分析 答案觀點(diǎn)分析 (3) 估算折射率的公式為。 分析測(cè)量玻璃折射率的基本思路 1.確定一條從空氣斜射入玻璃（或斜射從玻璃射入空氣）的光路。 2、通過畫圖確定入射角和折射角。 3.根據(jù)折射率的定義n=估算玻璃的折射率。 例2 在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中： （1）為了獲得較好的實(shí)驗(yàn)效果，正確的是_____。 A、必須選用上下表面平行的玻璃磚。 B、選擇的入射角盡量小 C、引腳垂直插在紙上 D、引腳P1、P2、P3、P4的距離要大一些，玻璃的上下表面磚不一定是平行的，所以A錯(cuò)； 為減小檢測(cè)的相對(duì)偏差，選擇的入射角應(yīng)大一些，療效較好，故B錯(cuò)； 為了準(zhǔn)確地確定入射光和折射光，引腳應(yīng)垂直插入紙上，所以C是正確的； 當(dāng)P1和P2、P3和P4之間的距離適當(dāng)大一些時(shí)，所產(chǎn)生的角度偏差會(huì)減小，療效會(huì)更好，所以D是正確的。 分析如圖，虛線為真實(shí)光路圖，實(shí)線為玻璃塊厚度放大后的光路圖。 從圖中可以看出，這些情況下測(cè)得的入射角不受影響，但測(cè)得的折射角比實(shí)際折射角大，所以測(cè)得的折射率相對(duì)較小。 (2)朋友A在畫界面的時(shí)候，不小心把兩個(gè)界面aa'和bb'的距離畫的比玻璃塊的厚度大，如圖5，那么他測(cè)量的折射率(選填) "too large", "too small" or "") too small 圖5（3）B友在測(cè)量入射角和折射角時(shí)，因?yàn)闆]有量角器，完成光路圖后，使用O點(diǎn)為圓心，OA為直徑畫圓，與OO′的延長(zhǎng)線相交于C點(diǎn)，過A點(diǎn)和C點(diǎn)的直線為垂直法線交于B點(diǎn)和點(diǎn)D分別如圖6所示，那么他只需要檢測(cè)，就可以得到玻璃的折射率n=。 Fig. 6 AB, CD Width of View Fig. 3 用弧形玻璃磚測(cè)量玻璃折射率實(shí)驗(yàn)時(shí)，先把弧形玻璃磚放在白紙上，垂直插入兩個(gè)引腳P1玻璃塊的左側(cè)
，P2，然后在玻璃塊的另一邊觀察，調(diào)整視線，使P1的影像被P2的影像擋住，然后在耳朵兩側(cè)垂直插入兩個(gè)插腳P3和P4，使P3擋住P1和P2的圖像，P4擋住P3、P1和P2的圖像，在紙上標(biāo)出引腳的位置和弧形玻璃磚的輪廓，如圖7A所示，其中O為兩圓弧的圓心，圖中已經(jīng)畫出直線P1和P2 處的入射光線。 (1) 在圖中畫出所需的光路。 答案分析圖7分析連接P3、P4、CD在一點(diǎn)，這個(gè)交點(diǎn)就是光線從玻璃塊射出的位置，因?yàn)镻1、P2、AB的連線交點(diǎn)就是位置光線進(jìn)入玻璃塊，連接兩個(gè)交點(diǎn)就可以在玻璃塊中形成光路，如圖所示。 角和折射角，請(qǐng)把這兩個(gè)角畫在圖中AB的界面上。 答案分析與分析 如i和r所示。 (3) 用測(cè)得的化學(xué)量估算折射率的公式為n=。 答案分析 (4) 多次改變?nèi)肷浣牵瑴y(cè)量幾組入射角和折射角，根據(jù)測(cè)得的入射角和折射角的余弦值，畫出如圖B所示的圖像，從圖像中我們可以知道玻璃的折射率為n=____。 答案解析 1.5 2、折射時(shí)的色散如圖8所示。白光通過棱鏡折射后，色光從上到下依次為：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫，其中可見： (1) 從棱鏡射出的光與入射光方向的傾角稱為通過棱鏡的偏轉(zhuǎn)角，如圖所示，當(dāng)白光被色散時(shí)，綠光的偏轉(zhuǎn)角光最小，紫光的偏轉(zhuǎn)角最大，說明同一種玻璃對(duì)不同顏色的光有不同的折射率。 (2) 根據(jù)n=，可知折射率在同一介質(zhì)中大的速度小，各種顏色的光在同一介質(zhì)中的速度由小到大依次為v紫< v <... < v < v red，即綠光速度最大光折射率排列順序，紫光速度最小。 圖8 例4 如圖9所示，從點(diǎn)光源S發(fā)出的一束細(xì)白光以一定角度入射到棱鏡表面，經(jīng)棱鏡折射后發(fā)生色散，得到彩色光帶在光屏的ab和ab之間產(chǎn)生。 正確的說法是Aa面是藍(lán)光，b面是藍(lán)光B。在真空中，a面光的波長(zhǎng)大于b面光的波長(zhǎng)。 C.棱鏡對(duì)a面光的折射率大于b面光 D.在棱鏡中，a面光的傳播速度小于b面光的傳播速度
傳播率√答案分析 圖9 分析 綠光的折射率大于紫光。 綠光通過棱鏡后偏轉(zhuǎn)角大于紫光，所以a面是紅光，b面是藍(lán)光，A錯(cuò)； 由圖可知，a面光線偏角大，a面棱鏡折射率大，a面光線波長(zhǎng)短，B對(duì)，C錯(cuò)； a面棱鏡的折射率較大，由v=已知，在棱鏡中，光在a面的傳播速度大于光在b面的傳播速度。 D錯(cuò)了。 1、同種介質(zhì)對(duì)不同顏色的光有不同的折射率。 該介質(zhì)對(duì)高頻短波長(zhǎng)的光具有較大的折射率。 按折射率從小到大排列：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。 2、在同一介質(zhì)中，不同顏色光的傳播速度不同，綠光折射率小，傳播速度大； 紫光的折射率大，傳播速度低。 符合性檢查 1231.（實(shí)驗(yàn)：玻璃折射率的測(cè)定）（多選）在做“玻璃折射率的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)要求的說法正確的是 A.玻璃磚的長(zhǎng)度應(yīng)該大一點(diǎn) B. 插腳要垂直插在紙上 C. 每邊兩個(gè)插腳的距離要近些，便于觀察 D. 插P4的時(shí)候，擋住P3的光就可以了，沒關(guān)系with P1 and P2√ √ 玻璃磚越厚，入射光、出射光與界面的偏轉(zhuǎn)距離越大，便于繪圖檢測(cè)。 引腳垂直插入紙上以減少偏差。 每邊兩個(gè)管腳之間的距離太近，在確定入射光和出射光的位置時(shí)，偏差較大。 插入P4時(shí)，必須覆蓋P3、P1、P2的圖像，這與P1、P2有關(guān)，所以A、B正確。 穿過玻璃塊后發(fā)生色散，其中光a的側(cè)移距離小于光b的側(cè)移距離，這意味著玻璃對(duì)光a的折射率小于光b對(duì)玻璃的折射率，并且同一種介質(zhì)相反，紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的折射率依次遞減，因?yàn)楣鈈是藍(lán)光，所以只有選項(xiàng)D符合題意。 2.（折射色散）如圖10所示，一束可見光通過與玻璃磚平行后，變成兩束單色光a和b。 如果光束b是藍(lán)光，那么光束a可能是A.綠光B.黃光C.紅光D.紫光√答案分析123圖103.（實(shí)驗(yàn)：玻璃折射率的測(cè)定）在實(shí)驗(yàn)中用兩塊平行的玻璃磚測(cè)量玻璃的折射率，雖然鏡像路徑如圖11所示。 (1) 在實(shí)驗(yàn)中，如果量角器分別測(cè)量入射角θ1和折射角θ2，那么，表達(dá)式玻璃塊的折射率為
n=. 123 圖11(2) 在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理中，兩個(gè)朋友各自設(shè)計(jì)了一個(gè)記錄表，但是他們都完成了估計(jì)。 根據(jù)他們?cè)O(shè)計(jì)的表格所反映的信息，判斷他們的論點(diǎn)是否做對(duì)了？ 朋友A設(shè)計(jì)的表格是123倍入射角θ1sinθ1折射角θ2sinθ2n130°0.50020.9°0.3571.401.40245°0.70730.5°0.5081.39360°0.86638.0°0.6161.41分析為了減少檢測(cè)的偶然偏差，需要采用多次檢測(cè)取平均值的方法。 由于每次檢測(cè)的入射角和折射角不同，取入射角和折射角的平均值是沒有意義的，介質(zhì)的折射率只是由介質(zhì)的性質(zhì)決定的。 所以，根據(jù)每個(gè)入射角和對(duì)應(yīng)的折射角，利用折射定理計(jì)算出折射率，然后計(jì)算出折射率的平均值，可以有效減少檢測(cè)的偏差，所以A朋友做對(duì)了。 朋友B 設(shè)計(jì)的表格就是答案分析 123 上面兩位朋友答對(duì)了_____（填“A”或“B”） A度數(shù) 123 角度平均余弦值n入射角θ130°45°60°45°0.7071.42折射角θ220.9°30.5°38.0°28.8°0.497A。 A 和 B 都太小 B. A 和 B 都太大 C. A 太大 B 太小 D. A 太小 B 太大 (3) 如果 A 在做測(cè)量玻璃的折射率，法線與界面不垂直，出現(xiàn)圖12(a)所示的傾斜； 如果B在放置玻璃塊，玻璃塊的平面與aa'不重合，如果如圖（b）所示存在誤差，則測(cè)得的折射率比實(shí)際值_____。 123A 圖12 分析題圖(a) 測(cè)得的入射角和折射角都變大了，但變小了 在同一角度，用特殊值法分析玻璃塊的折射率：如果法線線垂直于界面，入射角i=45°光折射率排列順序，折射角r=30°，則折射率≈1.41。 若法線與界面不垂直時(shí)，入射角和折射角均減小15°，則折射率n′=≈1.22。 可見A的檢測(cè)值會(huì)偏小。 當(dāng)出現(xiàn)題圖（b）所示的錯(cuò)誤時(shí)，檢測(cè)到的入射角i和折射角r都減小了，但減小了相同的角度，與（a）中完全一樣，所以檢測(cè)值會(huì)變小，所以A正確，B、C、D錯(cuò)誤。 123