高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的折射课文配套课件ppt

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的折射课文配套课件ppt，共49页。PPT课件主要包含了玻璃砖，大头针，量角器，关键能力·素养形成，实验研析•素养迁移，创新评价，课堂检测·素养达标等内容，欢迎下载使用。
【实验目的】1.测量玻璃砖的折射率;2.学习用插针法确定光路。
【实验器材】木板、白纸、_______、_______、图钉、刻度尺、_______、铅笔。
【实验原理与设计】1.实验原理:当光从空气射入玻璃时,根据折射定律 =n,测出入射角i和折射角r,就可计算出玻璃的折射率。2.实验设计:透过玻璃砖观察大头针P1、P2,调整视线方向,直到P2挡住P1的像,再在玻璃砖另一侧依次插入大头针P3、P4,使P3挡住P2、P1,P4挡住P3、P2、P1。这样,P1、P2以及P3、P4的连线分别代表入射光线和经玻璃砖折射后射出的光线,由此便可画出光路图,并测出入射角和折射角。
【实验过程】一、实验步骤(1)把白纸固定在方木板上,再将玻璃砖放在白纸上。用铅笔描出界面aa′、bb′,利用两枚大头针确定入射光线的方向。(2)用两枚大头针在玻璃砖的另一侧确定出射光线的方向。(3)取走玻璃砖,根据入射光和出射光的方向确定入射点O和出射点O′,连接OO′即为玻璃砖内部的折射光,画出入射点的法线NN′。(4)根据画出的光路图测量入射角i、折射角r,填入设计的表格中。计算玻璃的折射率n= 。(5)重复以上实验步骤多次,最后求出玻璃折射率的平均值。
【思考·讨论】如果实验室中采用的不是两面平行的玻璃砖,而是用三棱镜或半圆形玻璃砖,能否测出相应的折射率?请说明理由。(科学思维)提示:能。根据光的折射定律,只要确定了入射光线和折射光线,就可以测出玻璃砖的折射率。
二、数据收集与分析1.设计入射角i和折射角r的数据收集表:
2.数据处理:(1)计算法:通过测量入射角和折射角,然后查数学用表,得出入射角和折射角的正弦值,再代入n= 中,求多组不同入射角对应的n的值,然后取其平均值,即为玻璃砖的折射率。(2)图像法:求出多组对应的入射角与折射角的正弦值,作出sini-sinr图像,由n= 可知图像应为直线,如图所示,其斜率为折射率。
(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′,如图所示。
②由图中几何关系得:sini= ,sinr= ,OE=OE′=R。则n= ,只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。
【思考·讨论】为减小测量误差,选择玻璃砖时,宽度宜大些还是小些?为什么?(科学思维)提示:大些。因为玻璃砖宽度大些可以减小实验误差。
【误差分析】1.入射光线和出射光线画得不够准确。因此要求插大头针时两大头针间距应稍大。2.入射角、折射角测量不精确。为减小测角时的相对误差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大时反射光较强,折射光会相对较弱。
类型一　实验操作【典例1】在“测定玻璃折射率”的实验中:(1)操作步骤如下:①先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面,过aa′上的O点画出界面的法线NN′,并画一条线段AO作为入射光线。②把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐。
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。调整视线方向,直到P1的像被P2挡住。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,记下P3、P4的位置。④移去大头针和玻璃砖,连接P3、P4作为折射光线,测量出入射角θ1与折射角θ2,填入表格中。上述操作步骤中存在严重的缺漏,应做的补充是___________________。 
(2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2,并作出了sinθ1-sinθ2的图像如图。则下列说法正确的是(　　) A.实验时,光线是由空气射入玻璃B.实验时,光线是由玻璃射入空气C.玻璃的折射率为0.67D.玻璃的折射率为1.5
【解析】(1)本实验用插针法测量玻璃砖的折射率,实验原理是折射定律,操作步骤中存在严重的缺漏,应做的补充是:步骤②中,把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐,应在白纸上画出玻璃砖的另一边bb′,作为玻璃砖与空气的下边界。步骤④中,连接P3、P4作为出射光线,还应作出玻璃砖中的折射光线,故应通过P3、P4的连线与bb′的交点,作出玻璃砖中的折射光线。(2)因入射角的正弦值小于折射角的正弦值,则光线是由玻璃射向空气,选项A错误,B正确;图像斜率的倒数表示折射率,为n= =1.5;选项C错误,D正确;故选B、D。答案:(1)步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一边bb′;步骤④中应通过P3、P4的连线与bb′的交点,作出玻璃砖中的折射光线　(2)B、D
类型二　数据处理【典例2】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,MN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
【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:
(2)根据折射定律,玻璃砖的折射率为:n= 。(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MN的垂线AB交MN于B点,过C点作法线MN的垂线CD交MN于D点,如图所示。
则由几何知识得到:sinθ1= ,sinθ2= ,又AO=OC,则得折射率n= ,故B正确;在测定玻璃的折射率的实验中,如果所用玻璃的两表面aa′和bb′不平行,只要操作正确,画出的光路图正确,则能正确得出入射角与折射角,由n= ,可知折射率n的测量值只与入射角和折射角有关,而与两个表面的形状无关,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。答案:(1)见解析图(2) (3)在另一侧透过玻璃砖观察,插上大头针P3,使P3挡住P1和P2的像　(4)A、B
类型三　实验创新【典例3】(1)实验室有一梯形玻璃砖,某同学想用“插针法”测定玻璃的折射率。玻璃砖有4个光学面A、B、C、D,如图1所示,其中A、C两面相互平行,实验中该同学对入射面和出射面的认识正确的是________。 
A.只能选用A、C两面B.可以选用A、B两面C.不能选用B、D两面
(2)该同学在选用A、C两面进行实验时,正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图2所示。此玻璃的折射率计算式为n=________(用图中的θ1、θ2表示)。 
【解析】(1)应用插针法测玻璃的折射率实验时,在玻璃砖的一侧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;再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置,由图1所示玻璃砖可知,实验时可以用A、C两面,或用A、B两面,或用B、C两面,或用B、D两面进行实验,故B正确,A、C错误;故选B。(2)由图2所示可知,玻璃的折射率:n= 。答案:(1)B　(2)
1.(多选)如图所示,用插针法测定玻璃折射率的实验中,以下说法中正确的是(　　)A.P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些,可以提高准确度B.P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些,可以提高准确度C.入射角θ1适当大些可以提高准确度D.P1、P2的间距,入射角的大小均与实验的准确度无关
【解析】选A、C。借助针的位置来确定实验中的入射光线和折射光线,针间的距离太小,容易出现偏差,故选项A符合题意,选项B不符合题意;入射角适当大些,相应的折射角也增大,折射现象较明显,可提高准确度,故选项C符合题意;针间的距离、入射角的大小对实验准确度有影响,故选项D不符合题意。
2.某同学通过实验研究光的折射现象。如图甲所示,O是圆心,MN是法线,AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角i和折射角r,作出sini-sinr图像如图乙所示。则(　　)A.光由A经O到BB.入射角与折射角成正比C.玻璃的折射率为n=1.5D.空气的折射率为n=0.67
【解析】选C。由图像可得:sini