2012高考物理一轮复习(人教版)精品课件实验14
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2．把平行玻璃砖平放在白纸上，使它的长边 跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb′.
图1
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，调整视线的 方向，直到P1的像被P2挡住．再在观察的这一侧 依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像， P4挡住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置．
变，此时为四线合一，(入射光线、反射光线、折射光线、法线)．从
玻璃射出到空气的折射光线刚好消失时，光线恰在玻璃内发生全
反射，即 θ 为临界角．即 sinC＝sinθ＝n1，所以 n＝si1nθ.
答案：临界角
1 sinθ
________.
解析：在白纸上画一条与 y 轴正方向夹角较小的直线 OA，把
大头针 P1、P2 竖直地插在所画的直线上，直到 y<0 的区域内透过
玻璃砖能够看到 P1、P2 的像，插上 P3 后，P3 刚好能够挡住 P1、
P2 的像，n＝ssiinnβα.
答案：减小 α 角
使 P3 挡住 P1、P2 的像
图10
(1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长 度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃 砖的折射率，需用刻度尺测量________，则玻璃 砖的折射率可表示为________．
(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以 O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖
的折射率将________．(填“偏大”、“偏小”
或“不变”)
答案：(1)l1 和 l3
n＝ll13
(2)偏大
3．如图11所示，画有直角坐标系Oxy的白纸 位于水平桌面上．M是放在白纸上的半圆形玻璃 砖，其底面的圆心在坐标原点，直边与x轴重合， OA是画在纸上的直线，P1、P2为竖直地插在直线 OA上的两枚大头针，P3是竖直地插在纸上的第三 枚大头针，α是直线OA与y轴正方向的夹角，β是 直线OP3与y轴负方向的夹角．只要直线OA画得 合适，且P3的位置取得正确，测出角α和β，便可 求得玻璃的折射率．
而实验中其他操作均正确，测得的折射率将
()
A．偏大
B．偏小
C．不变
D．无法确定
图8
解析：经过玻璃砖的光路如图9中实线所示， 由于所作的玻璃砖分界线不是实际的分界线，如 图中虚线所示，由几何知识可知，测出的折射角 与正确值相同．
答案：C
图9
2．如图10所示，某同学用插针法测定一半圆 形玻璃砖的折射率，在平铺的白纸上垂直纸面插 大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆 心O，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面 插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3.图 中MN为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C 分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、 CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点．
得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后 在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上 插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2，同学们通 过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值， 这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体 折射率的值，则：
(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°， 则P3处所对应的折射率的值为________．
4．移去玻璃砖连接P3、P4并延长交bb′于O′， 连接OO′即为折射光线，入射角θ1＝∠AOM，折 射角θ2＝∠O′ON.
5．用量角器测出入射角和折射角，查出它们 的正弦值，将数据填入表格中．
附：实验数据的处理方法有
1．计算法：计算每次折射率 n，求出平均值－n .
图2
2．图象法 作 sinθ1－sinθ2 图象，由 n＝ssiinnθθ12可知图象应为直线，如图 2 所示，其斜率为折射率．
变式1—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，在棱镜的一侧插上 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7
(2)量出线段 EF 和 GH 的长．
(3)由折射定律
n＝ssiinnθθ12
＝ EF/OE GH/OG
因为作图时量得 OE＝OG，
所以玻璃的折射率为 n＝GEFH.
答案：(1)见解析图
(2)EF、GH 的长
EF (3)GH
1．用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的 实验中，已画好玻璃砖界面aa′和bb′，不慎将玻 璃砖向上平移了一些，放在图8所示的位置上，
(2)图中P3、P4两位置________处所对应的折 射率值大．(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所 对应的折射率值应为________．
解析：(1)根据折射定律 n＝ssiinnθθ12，题中 θ1＝60°，θ2＝∠AOF ＝30°，所以 n＝ssiinn6300°°＝1.73.
(2)图中 P4 对应的入射角大于 P3 所对应的入射角，所以 P4 对 应的折射率大．
4．玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界 面代替直尺画界线．
5．实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不 能改变．
题型一 对实验原理及操作步骤的考查 [例1] 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
图4
、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻 度的直角三角板、量角器．
(3)因 A、O、K 在一条直线上，入射角等于折射角，所以 K 处对应的折射率应为 1.
答案：(1)1.73 (2)P4 (3)1
5．如图13所示的装置测定玻璃的折射率．在 光具盘的中央固定一个半圆形的玻璃砖，使二者
的圆心重合，使激光束从玻璃圆弧一侧入射并垂 直直径平面通过圆心O射出玻璃砖，记下入射光 束在光具盘上所对应位置的刻度，以圆心O为轴 逆时针缓慢转动光具盘，同时观察直径平面一侧
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4所示．然后在白纸上竖直插上两枚 大头针P1、P2.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?
_______________________________________ ________________
sinθ2＝EO′EH′′，OE＝OE′＝R 则
n＝ssiinnθθ12＝E′EHH′.只要用刻度尺测出 EH、E′H′的长度就可
以பைடு நூலகம்出 n.
1．玻璃砖应选用厚度、宽度较大的．
2．大头针要插得竖直，且间隔要大些．
3 ． 入 射 角 不 宜 过 大 或 过 小 ， 一 般 在 15° ～ 75°之间．
出射光线的变化：出射光线不断向下偏转并越来
越暗，直到刚好看不到出射光线为止，并记下这
时入射光线在光具盘上位置的刻度，光具盘上两 次刻度之间的夹角θ就是光束从玻璃射向空气的 __________ ． 玻 璃 的 折 射 率 表 达 式 n ＝
图13
解析：入射光线始终沿弧面的垂直面，故射入玻璃后方向不
图6
(1)在本题的图上画出所需的光路．
(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n＝________.
解析：(1)如图7所示，连接P1、P2交AB于O点， 连接P3、P4交AC于O′点，连接OO′，过O点作AB面 的法线MN，延长OO′到G点，使OG＝OE，过E点 作法线MN的垂线交MN于F点，过G点作法线MN 的垂线，交MN于H点．
图5
(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，连接ON； ⑤∠P1OD＝θ1，∠CON＝θ2.
([3答)n＝案ssiinn]θθ12 见解析
题后反思
注重对实验基本原理、基本技能和方法的考 查，一直是高考命题的根本原则．因此，理解并 熟练掌握实验的原理、方法，是学生做好实验和 备考的重中之重．另外，在数据处理上，可将正 弦之比转化为线段长度之比，使数据处理变得简 单而准确．
sinβ sinα
4．学校开展研究性学习，某研究小组的同学 根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射 率的仪器，如图12所示．
图12
在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的 直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚 大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量 时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使
实验十四 测定玻璃的折射率
用插针法测定玻璃的折射率．
光的折射定律 n＝ssiinnθθ12.
玻璃砖、木板、白纸、图钉、大头针、量角 器、三角板、铅笔．
1．如图1所示，将白纸用图钉按在绘图板上， 先在白纸上画出一条直线aa′作为界面，过aa′上 的一点O画出界面的法线MN，并画一条线段AO 作为入射光线．
图3
3．单位圆法：在不使用量角器的情况下，可以用单位圆法．
(1)以入射点 O 为圆心，以一定长度 R 为半径画圆，交入射光线 OA 于 E 点，交折射光线 OO′于 E′点，过 E 作 NN′的垂线 EH， 过 E′作 NN′的垂线 E′H′.如图 3 所示．
(2)由图中关系 sinθ1＝EOHE，
图11
某学生在用上述方法测量玻璃的折射率时， 在他画出的直线OA上竖直地插上了P1、P2两枚大 头针．但在y<0的区域内，不管眼睛放在何处， 都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像，他应采取的 措施是________．若他已透过玻璃砖看到了P1、 P2的像，确定P3位置的方法是________．若他已 正确地测得了α、β的值，则玻璃的折射率n＝
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中射到玻璃中的 入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤． _______________________________________ _______________
[解析] (1)在bb′一侧观察P1、P2(经bb′折射， aa′反射，再经bb′折射后)的像，在适当的位置插 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P2(或P1) 的像和P3，P3、P4的位置如图5所示．
图1
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，调整视线的 方向，直到P1的像被P2挡住．再在观察的这一侧 依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像， P4挡住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置．
变，此时为四线合一，(入射光线、反射光线、折射光线、法线)．从
玻璃射出到空气的折射光线刚好消失时，光线恰在玻璃内发生全
反射，即 θ 为临界角．即 sinC＝sinθ＝n1，所以 n＝si1nθ.
答案：临界角
1 sinθ
________.
解析：在白纸上画一条与 y 轴正方向夹角较小的直线 OA，把
大头针 P1、P2 竖直地插在所画的直线上，直到 y<0 的区域内透过
玻璃砖能够看到 P1、P2 的像，插上 P3 后，P3 刚好能够挡住 P1、
P2 的像，n＝ssiinnβα.
答案：减小 α 角
使 P3 挡住 P1、P2 的像
图10
(1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长 度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃 砖的折射率，需用刻度尺测量________，则玻璃 砖的折射率可表示为________．
(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以 O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖
的折射率将________．(填“偏大”、“偏小”
或“不变”)
答案：(1)l1 和 l3
n＝ll13
(2)偏大
3．如图11所示，画有直角坐标系Oxy的白纸 位于水平桌面上．M是放在白纸上的半圆形玻璃 砖，其底面的圆心在坐标原点，直边与x轴重合， OA是画在纸上的直线，P1、P2为竖直地插在直线 OA上的两枚大头针，P3是竖直地插在纸上的第三 枚大头针，α是直线OA与y轴正方向的夹角，β是 直线OP3与y轴负方向的夹角．只要直线OA画得 合适，且P3的位置取得正确，测出角α和β，便可 求得玻璃的折射率．
而实验中其他操作均正确，测得的折射率将
()
A．偏大
B．偏小
C．不变
D．无法确定
图8
解析：经过玻璃砖的光路如图9中实线所示， 由于所作的玻璃砖分界线不是实际的分界线，如 图中虚线所示，由几何知识可知，测出的折射角 与正确值相同．
答案：C
图9
2．如图10所示，某同学用插针法测定一半圆 形玻璃砖的折射率，在平铺的白纸上垂直纸面插 大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆 心O，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面 插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3.图 中MN为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C 分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、 CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点．
得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后 在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上 插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2，同学们通 过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值， 这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体 折射率的值，则：
(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°， 则P3处所对应的折射率的值为________．
4．移去玻璃砖连接P3、P4并延长交bb′于O′， 连接OO′即为折射光线，入射角θ1＝∠AOM，折 射角θ2＝∠O′ON.
5．用量角器测出入射角和折射角，查出它们 的正弦值，将数据填入表格中．
附：实验数据的处理方法有
1．计算法：计算每次折射率 n，求出平均值－n .
图2
2．图象法 作 sinθ1－sinθ2 图象，由 n＝ssiinnθθ12可知图象应为直线，如图 2 所示，其斜率为折射率．
变式1—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，在棱镜的一侧插上 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7
(2)量出线段 EF 和 GH 的长．
(3)由折射定律
n＝ssiinnθθ12
＝ EF/OE GH/OG
因为作图时量得 OE＝OG，
所以玻璃的折射率为 n＝GEFH.
答案：(1)见解析图
(2)EF、GH 的长
EF (3)GH
1．用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的 实验中，已画好玻璃砖界面aa′和bb′，不慎将玻 璃砖向上平移了一些，放在图8所示的位置上，
(2)图中P3、P4两位置________处所对应的折 射率值大．(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所 对应的折射率值应为________．
解析：(1)根据折射定律 n＝ssiinnθθ12，题中 θ1＝60°，θ2＝∠AOF ＝30°，所以 n＝ssiinn6300°°＝1.73.
(2)图中 P4 对应的入射角大于 P3 所对应的入射角，所以 P4 对 应的折射率大．
4．玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界 面代替直尺画界线．
5．实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不 能改变．
题型一 对实验原理及操作步骤的考查 [例1] 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
图4
、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻 度的直角三角板、量角器．
(3)因 A、O、K 在一条直线上，入射角等于折射角，所以 K 处对应的折射率应为 1.
答案：(1)1.73 (2)P4 (3)1
5．如图13所示的装置测定玻璃的折射率．在 光具盘的中央固定一个半圆形的玻璃砖，使二者
的圆心重合，使激光束从玻璃圆弧一侧入射并垂 直直径平面通过圆心O射出玻璃砖，记下入射光 束在光具盘上所对应位置的刻度，以圆心O为轴 逆时针缓慢转动光具盘，同时观察直径平面一侧
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4所示．然后在白纸上竖直插上两枚 大头针P1、P2.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?
_______________________________________ ________________
sinθ2＝EO′EH′′，OE＝OE′＝R 则
n＝ssiinnθθ12＝E′EHH′.只要用刻度尺测出 EH、E′H′的长度就可
以பைடு நூலகம்出 n.
1．玻璃砖应选用厚度、宽度较大的．
2．大头针要插得竖直，且间隔要大些．
3 ． 入 射 角 不 宜 过 大 或 过 小 ， 一 般 在 15° ～ 75°之间．
出射光线的变化：出射光线不断向下偏转并越来
越暗，直到刚好看不到出射光线为止，并记下这
时入射光线在光具盘上位置的刻度，光具盘上两 次刻度之间的夹角θ就是光束从玻璃射向空气的 __________ ． 玻 璃 的 折 射 率 表 达 式 n ＝
图13
解析：入射光线始终沿弧面的垂直面，故射入玻璃后方向不
图6
(1)在本题的图上画出所需的光路．
(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n＝________.
解析：(1)如图7所示，连接P1、P2交AB于O点， 连接P3、P4交AC于O′点，连接OO′，过O点作AB面 的法线MN，延长OO′到G点，使OG＝OE，过E点 作法线MN的垂线交MN于F点，过G点作法线MN 的垂线，交MN于H点．
图5
(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，连接ON； ⑤∠P1OD＝θ1，∠CON＝θ2.
([3答)n＝案ssiinn]θθ12 见解析
题后反思
注重对实验基本原理、基本技能和方法的考 查，一直是高考命题的根本原则．因此，理解并 熟练掌握实验的原理、方法，是学生做好实验和 备考的重中之重．另外，在数据处理上，可将正 弦之比转化为线段长度之比，使数据处理变得简 单而准确．
sinβ sinα
4．学校开展研究性学习，某研究小组的同学 根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射 率的仪器，如图12所示．
图12
在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的 直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚 大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量 时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使
实验十四 测定玻璃的折射率
用插针法测定玻璃的折射率．
光的折射定律 n＝ssiinnθθ12.
玻璃砖、木板、白纸、图钉、大头针、量角 器、三角板、铅笔．
1．如图1所示，将白纸用图钉按在绘图板上， 先在白纸上画出一条直线aa′作为界面，过aa′上 的一点O画出界面的法线MN，并画一条线段AO 作为入射光线．
图3
3．单位圆法：在不使用量角器的情况下，可以用单位圆法．
(1)以入射点 O 为圆心，以一定长度 R 为半径画圆，交入射光线 OA 于 E 点，交折射光线 OO′于 E′点，过 E 作 NN′的垂线 EH， 过 E′作 NN′的垂线 E′H′.如图 3 所示．
(2)由图中关系 sinθ1＝EOHE，
图11
某学生在用上述方法测量玻璃的折射率时， 在他画出的直线OA上竖直地插上了P1、P2两枚大 头针．但在y<0的区域内，不管眼睛放在何处， 都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像，他应采取的 措施是________．若他已透过玻璃砖看到了P1、 P2的像，确定P3位置的方法是________．若他已 正确地测得了α、β的值，则玻璃的折射率n＝
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中射到玻璃中的 入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤． _______________________________________ _______________
[解析] (1)在bb′一侧观察P1、P2(经bb′折射， aa′反射，再经bb′折射后)的像，在适当的位置插 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P2(或P1) 的像和P3，P3、P4的位置如图5所示．