第4章 第2节 测定介质的折射率（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（粤教版2019）

第二节　测定介质的折射率 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γ，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝。 实验过程 1．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。 2．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，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，连接OO′，线段OO′代表了光线在玻璃砖内的传播路径。 3．数据处理 方式一：平均值法 实验数据记录表 测量数据组 入射角i 折射角γ sin i sin γ n＝ n＝(n1＋n2＋n3＋n4＋n5) 1 2 3 4 5 方式二：图像法 根据折射定律n＝，得sin i＝nsin γ 在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以sin γ值为横坐标、以sin i值为纵坐标，建立直角坐标系如图所示，描数据点，过数据点连线得到一条过坐标原点的直线。 求解图线斜率，设斜率为k，则k＝n，故玻璃砖折射率n＝k。 方式三：在找到入射光线和折射光线之后，PQ为法线，MN、EF均垂直于法线PQ于交点N和点E，取OM＝OF，则n＝。 二、他版教材实验多融通 (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)人教版教材实验方案　 [差异解读] (1)与粤教版实验原理和实验方案完全相同。 (2)折射率公式n＝不同于粤教版的n＝。 实验原理与操作 [典例]　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。 (2)实验中一旦玻璃砖所定的界面线aa′、bb′画好后，放置的玻璃砖就不要随便移动，如果玻璃砖斜向移动，测得的折射率一定变化。如果稍微上下平移了玻璃砖，对测量结果没有影响。　　 数据处理和误差分析 [典例]　在“测量玻璃的折射率”实验中，某同学正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示。 (1)在图丙中画出完整的光路图。 (2)对画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留三位有效数字)。 (3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头