第4章 第2节 实验：测定玻璃的折射率（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第2节　实验：测定玻璃的折射率 一、本版教材实验理清楚 实验目的 1．测量玻璃的折射率。 2．掌握测量玻璃的折射率的方法。 实验原理 用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测入射角i和折射角r，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝。 实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。 实验步骤 1．将白纸用图钉钉在平木板上。 2．如图所示，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，用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，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，放回玻璃砖，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，连接OO′，线段OO′代表了光线在玻璃砖内的传播路径。 数据处理 处理方式一：用量角器量出入射角i和折射角r，从三角函数表中查出它们的正弦值，算出不同入射角时的，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。 处理方式二：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，如图甲所示。 由于sin i＝，sin r＝， 而CO＝DO，所以折射率n＝＝。 处理方式三：改变不同的入射角i，测出不同的折射角r，作sin i-sin r图像，由n＝可知图像应为直线，如图乙所示，其斜率为折射率。 误差分析 产生原因 减小方法 偶然误差 入射、折射光线画不精确 两大头针间距适当大些 入射角、折射角测不准 入射角适当大些 注意事项 1．实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。 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。 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、他版教材实验方案 (一)鲁科版教材实验方案　 　 [差异解读] (1)用水代替玻璃。 (2)用激光发出的光代替插针法对光线的确定 (二)粤教版教材实验方案　 [差异解读] (1)用半圆形玻璃砖代替平行玻璃砖。 (2)用激光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”实验中： (1)为了取得较好的实验效果，下列说法正确的是________。 A．必须选用上下表面平行的玻璃砖 B．选择的入射角应尽量小些 C．大头针应垂直地插在纸面上 D．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些 (2)A同学在画界面时，不小心将两界面aa′和bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，如图甲所示，则他测得的折射率________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 (3)B同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，OA为半径画圆，并延长OO′交圆于C点，过A点和C点作垂直于法线的直线分别交于B点和D点，如图乙所示，则他只需要测量______________，就可求出玻璃的折射率n＝________(用所测量的物理量表示)。 [解析]　(1)插针法测量折射率时，玻璃砖上下表面不一定要平行，故A错误；为了减小测量的相对误差，选择的入射角应尽量大些，效果会更好，故B错误；为了准确确定入射光线和折射光线，大头针应垂直地插在纸面上，故C正确；大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些时，相同的距离误差，引起的角度误差会减小，效果会好些，故D正确。 (2)如图，实线是真实的光路图，虚线是玻璃砖宽度画大后的光路图，由图看出，在这种情况测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率偏小。 (3)根据折射定律得，n＝＝＝，可知需要测量AB、CD的长度，折射率n＝。 [答案]　(1)CD　(2)偏小　(3)AB、CD的长度　 (1)选择玻璃砖时宽度宜大些，这样可以减小确定光路方向时出现的误差，提高测量的准确度。