第四章 第一节 课时2 实验：测量玻璃的折射率-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

课时2　实验：测量玻璃的折射率 　高效导学第一步　预习新知，理清实验过程 一、实验目的 1．测量玻璃的折射率。 2．学习用插针法确定光路。 二、实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、刻度尺、量角器、铅笔。 三、实验原理与设计 1．当光从空气射入玻璃时，根据折射定律＝n，测出入射角i和折射角r，就可计算出玻璃的折射率。 2.如图所示，透过玻璃砖观察大头针P1、P2，调整视线方向，直到P2的像挡住P1的像。再在观察者同一侧依次插入大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像。这样，P1、P2以及P3、P4的连线分别代表入射光和经玻璃砖折射后射出的光，由此便可画出光路图并测出入射角和折射角。 四、实验步骤 1．如图所示，把白纸铺在木板上。 2．在白纸上画一直线aa′作为界面，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，并使其长边与aa′重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb′。 4．在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。 5．从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P3本身及P1、P2的像。 6．移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′。连接O、O′， OO′就是玻璃砖内折射光线的方向。∠AON为入射角，∠O′ON′为折射角。 7．改变入射角，重复实验。 五、数据处理 1．计算法 用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的，并取平均值。 2．图像法 作sin θ1­sin θ2图像，改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1­sin 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 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′。如图所示，sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则 n＝＝。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．用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面。严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的两个边aa′、bb′。 2．实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。 3．大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每一侧的两枚大头针P1和P2间、P3和P4间的距离应尽量大一些，以减少确定光路方向时造成的误差。 4．实验时入射角不宜过小，否则会使入射角和折射角的值偏小，增大测量误差；入射角也不宜过大，否则在bb′一侧要么看不到P1、P2的虚像，要么看到P1、P2的像模糊不清，并且变粗，不便于插大头针P3、P4。 5．由于要多次改变入射角的大小重复实验，所以入射光线与出射光线要一一对应编号，以免混乱。 七、误差分析 1．由确定入射光线、出射光线时的准确性造成误差。故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。 2．入射角和折射角的测量造成误差。故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。 　高效导学第二步　课堂探究，培优关键能力 考点一　实验原理和实验操作 [例1] 如图甲、乙所示，在“用插针法测量玻璃的折射率”的实验中，当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而确定折射光线OO′。 (1)如图甲，测出入射角i和折射角r，则玻璃的折射率n＝________。 (2)如图乙，以O为圆心，作圆与OA、OO′分别交于P、Q两点，过P、Q两点分别作法线NN′的垂线，垂足分别为P′、Q′，则玻璃的折射率可以表示为n＝________。 解析：(1)根据折射定律得n＝。 (2)因为sin i＝，sin r＝，所以n＝＝。 答案：(1)　(2) 考点二　数据处理和误差分析 [例2] 在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲。 (1)在图乙中画出完整的光路图。 (2)已知正方形方格边长为1 cm，对你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3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枚大头针，如图丙。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(填“A”或“B”)。 解析：(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长，与玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃