第四章1 光的折射 第2课时 实验：测量玻璃的折射率-【优化探究】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册同步导学案配套教参（人教版，多选）

第2课时　实验：测量玻璃的折射率 [学习目标要求]　1.能提出在“测量玻璃折射率”实验中可能出现的问题。2.能制订实验方案，能用相关器材收集数据。3.能设计表格，分析数据，测得玻璃的折射率。4.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。5.注意提升实验设计能力，实验测量能力与误差分析能力。 授课提示：对应学生用书第104页 一、实验目的 掌握测玻璃折射率的方法；加深对折射定律的理解。 二、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θ1和折射角θ2，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝。 三、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。 四、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′，并画一条直线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θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角。 7．用上述方法测出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角。 五、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＝中求多次不同入射角时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 θ1－sin θ2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，可以用画单位圆法。 (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′，垂足分别为H、H′，如图所示。 (2)由图中关系sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，得n＝＝，则只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。 六、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θ1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。 七、实验误差 1．入射光线和出射光线画得不够精确。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。 授课提示：对应学生用书第105页 　实验原理与操作 　(1)几位同学做“用插针法测定玻璃折射率”的实验，图示直线aa′、bb′表示在白纸上画出的玻璃砖的两个界面。几位同学进行了如下操作： A．甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′与bb′不平行，其他操作正确 B．乙同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面aa′和bb′后，将玻璃砖向aa′方向平移了少许，其他操作正确 C．丙同学在白纸上画aa′、bb′两界面时，其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，其他操作正确 上述几位同学的操作，对玻璃折射率的测定结果没有影响的是________(填写选项前的字母)。 (2)在用插针法测玻璃砖折射率的实验中，已确定好入射方向AO，插了两枚大头针P1和P2，如图所示(①②③是三条直线)。在以后的操作说法中你认为正确的是________。 A．在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在③线上 B．保持O点不动，减小入射角，在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在①线上 [解析]　(1)甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′和bb′不平行，不会影响入射角和折射角的确定；乙同学将玻璃砖向aa′方向平移了少许，直线aa′、bb′之间的距离仍然等于玻璃砖的厚度，入射角和折射角的大小不变；丙同学在白纸上画aa′和bb′间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，使画出的入射点向左移，出射点向右移，所画的折射角比实际值大，测得的折射率将偏小。 (2)由折射定律知，光线通过平行玻璃