第四章 专题拓展5 实验：测量玻璃的折射率（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理 选择性必修 第一册（人教版2019）

专题拓展5　实验：测量玻璃的折射率 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 根据已有知识，合理设计实验方案。 1.能制订实验方案，能用相关器材收集数据。 2．能提出在“测量玻璃的折射率”实验中可能出现的问题。 1.分析实验数据，形成结论。 2．能撰写规范的实验报告，能有效陈述，能讨论交流实验过程中的问题。 1.激发学生对物理实验及物理理论学习的兴趣。 2．培养团体协作和共同面对困难的精神。 [对应学生用书P97] 一、实验目的 掌握测量玻璃折射率的方法。 二、实验原理 用“插针法”确定光路，找出入射光线及相应的出射光线，画出玻璃砖中对应的折射光线，用量角器分别测出入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律n＝便可求出玻璃的折射率。 三、实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、直尺、铅笔。 四、操作步骤 1．把白纸用图钉钉在木板上。 2.用直尺画一条直线aa′作为界面，过aa′上一点O作垂直于aa′的直线NN′作为法线，过O点画一条入射光线AO，使入射角θ1适当大些，如图所示。 3．在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa′重合。 4．沿玻璃砖的另一侧面用直尺画一条直线bb′。 5．在玻璃砖bb′一侧白纸上竖直地插一枚大头针P3，调整视线，同时移动大头针P3的位置，当P3恰好能同时挡住玻璃砖aa′一侧所插的大头针P1、P2的像时，把大头针P3插好。 6．在玻璃砖bb′一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住P3本身，同时也能挡住P1、P2的像。 7．记下P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4连一条直线BO′交bb′于O′点，连接OO′，OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为θ2。 8．用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小。 9．改变入射角θ1，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角。 五、数据处理 1．计算法：通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的正弦值，再代入n＝中求出多个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sin θ1sin θ2图像，由n＝可知图像应为过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率。 3．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AO于点E，交折射光线OO′于点E′，过点E作NN′的垂线EH，过点E′作NN′的垂线E′H′，分别交NN′于点H、H′，如图所示； (2)由图中关系知sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝，因此只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。 (知识拓展)实验的注意事项 (1)实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动； (2)不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用； (3)大头针应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差； (4)实验中入射角不宜过小或过大，否则会使测量误差增大； (5)玻璃砖应选用宽度较大的，若宽度太小，则所画折射光线太短，测量误差较大。 [对应学生用书P98] 探究点一___实验原理 【例1】 在做“插针法测量玻璃砖的折射率”的实验中，对于如图所示的梯形玻璃砖(两个光学面不平行)，实验结果可能是下列图中的________。(请选择一个正确答案) 答案：B　解析：根据折射定律画出光路图，如图所示。 A图很明显违背了折射定律，画不出光路图；上下面不平行，所以射入玻璃和射出玻璃的光不平行，C图错误；D图中光的方向不变，是错误的；B图可画出正确光路图，故选B。 【例2】 某同学为了测量截面为正三角形的玻璃三棱镜的折射率，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的右侧观察到P1和P2的像，当P1的像恰好被P2的像挡住时，插上大头针P3和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所示。 (1)在图上画出对应的光路； (2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率，若以AB为分界面，需要测量的量是________，在图上标出它们。 (3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n＝________。 答案：(1)见解析图　(2)入射角θ1、折射角θ2　见解析图　(3) 解析：(1)画出对应的光路，如图所示。 (2)若以AB为分界面，需要测量的量为入射角θ1、折射角θ2，图上的标注如图所示。 (3)该三棱镜玻璃材料的折射率的计算公式为n＝。 探究点二___实验操作 【例3】 在“测定玻璃折射率”的实验中操作步骤如下，请在横线上将实验内容补充完整。 (1)先在白纸上画出一条直线aa′代