第4章 第2节 科学测量：玻璃的折射率(Word教参)-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第一册（鲁科版2019）

第2节　科学测量：玻璃的折射率 一、本版教材实验理清楚 实验目的 1测量玻璃的折射率。 2学习用插针法确定光路。 实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、刻度尺、量角器、铅笔。 实验原理与设计 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。 如图所示，透过玻璃砖观察大头针P1、P2，调整视线方向，直到P2的像挡住P1的像。再在观察者同一侧依次插入大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像。这样，P1、P2以及P3、P4的连线分别代表入射光和经玻璃砖折射后射出的光，由此便可画出光路图并测出入射角和折射角。 实验步骤 1．如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上。 2．在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO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aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′。 4．在直线AO上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的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针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。 5．移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。 6．连接OO′，入射角i＝∠AON，折射角r＝∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角，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．用上述方法求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中。 8．算出不同入射角的比值，最后求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率。 数据处理 1．平均值法 算出不同入射角时的比值 ，最后求出在几次实验中所测 的平均值，即为玻璃砖的折射率。 2．图像法 以sin i值为横坐标、以sin r值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示。描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。求解图线斜率k，则k＝＝，故玻璃砖折射率n＝。 3．作图法 在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO′(或OO′的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′ 和DD′的长，如图所示。由于sin i＝，sin r＝，且CO＝DO，所以折射率n＝＝。 误差分析 1．入射光线和出射光线确定得不够精确，因此要求插大头针时，两枚大头针间距应适当大一些。 2．入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。 注意事项 1．实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1与P2之间，P2与O点之间，P3与P4之间，P3与O′点之间距离要稍大一些。 2．入射角i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。 3．在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 4．在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 5．玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。 二、他版教材实验多融通 教科版教材实验方案　 [差异解读] (1)用半圆柱形玻璃砖代替平行玻璃砖。 (2)用激光笔发出的光代替插针法对光线进行确定。 (3)用带角度的背景板取代量角器。 实验原理与操作 [典例1]　在“测量玻璃的折射率”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的像挡住。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sin θ1-sin θ2的图像如图所示。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0.6