第四章 2.实验：测定玻璃的折射率-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

2.实验：测定玻璃的折射率 一、实验目的 1．学会插针法测量玻璃的折射率。 2．学会计算法、图像法、单位圆法处理实验数据。 二、实验原理 用插针法确定光路，找出与入射光线相对应的玻璃中的折射光线，用量角器测出入射角i和折射角r，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝。 三、实验器材 两对面平行的玻璃砖一块，大头针四枚，白纸一张，直尺一把或三角板一个，量角器一个。 四、实验步骤 1．先在白纸上画一条直线EE′，代表两种介质的分界面；再画出一直线段AB代表入射光线；然后画出分界面上B点处的法线NN′，如图所示。 2．把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与EE′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，画出直线FF′代表玻璃砖的另一边。 3．在直线AB上竖直地插上两枚大头针G1、G2，放回玻璃砖，然后透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像，调整视线方向，直到G1的像被G2挡住。 学生用书↓第102页 4.再在观察的这一侧竖直地插上两枚大头针G3、G4，用G3挡住G1和G2的像，用G4挡住G3以及G1、G2的像。 5．移去大头针和玻璃砖，过G3、G4的插点画直线CD，与FF′相交于C点，直线CD就表示沿直线AB入射的光线透过玻璃砖后的光线。连接BC，BC就是玻璃砖内折射光线的路径。 6．用量角器测出入射角i和折射角r，从三角函数表中查出它们的正弦值。 7．通过上面的步骤分别测出入射角为15°、30°、45°、60°、75°时的折射角，并查出它们相应的正弦值。 五、数据处理 此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入n＝中求玻璃的折射率。除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法。 处理方法一 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＝，而CO＝DO，所以折射率：n1＝＝。 重复以上实验，求得各次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值。 处理方法二 根据折射定律可得n＝，因此有sin r＝sin i。根据所量得的角度的正弦值作出sin r -sin i图像，如图所示，则图线的斜率的倒数即为折射率。这样也可以减小误差。 六、注意事项 1．实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，同侧两针之间的距离要稍大些。 2．入射角应适当大些，以减小测量角度的误差，但也不宜太大，入射角太大，在玻璃砖的另一侧会看不清大头针的像。 3．操作时不要用手触摸玻璃砖的光滑光学面，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．玻璃砖应选择宽度较大的，一般要求在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。 6．入射点应尽量靠近玻璃砖上界面的左侧，使之在玻璃砖的另一侧能够找到对应的出射光线。 七、误差分析 1．误差来源 本实验误差的主要来源是测量光在玻璃中的折射角r的误差。 2．减小误差的方法 (1)选用宽度较大的玻璃砖，玻璃砖宽度宜在5 cm以上，若宽度太小则测量误差较大。 (2)入射角宜在15°～75°范围内取值。 (3)在纸上画EE′、FF′两条线时，应尽量准确地与玻璃砖的两个平行的折射面重合，这样，两交点B、C才能与光线的实际入射点较好地相符，否则将使画出的玻璃中的光路与实际情况偏离严重。 学生用书↓第103页 类型一　教材原型实验 一、实验原理与操作 用一块梯形玻璃砖做测定玻璃折射率的实验。 (1)某同学的主要操作步骤如下： ①如图1所示，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把一块梯形玻璃砖放在白纸上，使它的长边EE′与aa′重合。 ③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1被P2挡住。接着在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2，P4挡住P1、P2和P3，并记下这几枚大头针的位置，如图1所示。 ④移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，并进行相关的测量。 在上述操作步骤中存在的严重遗漏是：_____________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)多次改变入射角，测得几组不同入射角i和折射角r，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图2所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝________。 (3)下列