第四章 第2节 科学测量：玻璃的折射率(Word教参)-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册（鲁科版2019）

第2节　科学测量：玻璃的折射率 核心 素养 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.会用插针法测量玻璃的折射率。 2．能用计算法、图像法处理实验数据。 1.能分析相关事实，提出并准确表述在实验中可能出现的物理问题；能在他人帮助下制订实验方案，能用玻璃砖等相关器材收集数据；能分析数据，测得玻璃的折射率；能撰写规范的实验报告，在报告中能呈现设计的实验表格、数据分析过程及实验结论，能有效陈述并讨论交流实验过程中的问题。 2．注意提升实验设计能力、实验测量能力与误差分析能力。 了解物理实验的实践与理论之间的关系；实际感受实验中团体协作、解决困难的过程。 [对应学生用书P74] 1．实验目的 (1)测量玻璃的折射率。 (2)学习用插针法确定光路。 2．实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、刻度尺、量角器、铅笔。 3．实验原理与设计 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。 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。 4．实验步骤 (1)把白纸固定在木板上，再将玻璃砖放在白纸上。用铅笔描出界面aa′、bb′，利用两枚大头针确定入射光的方向，如图甲所示。 (2)用两枚大头针在玻璃砖的另一侧确定出射光的方向，如图乙所示。 (3)取走玻璃砖，根据入射光和出射光的方向确定入射点O和出射点E，连接OE即为玻璃砖内部的折射光。画出过入射点O的法线NN′，如图丙所示。 (4)根据画出的光路图测量入射角i、折射角r，填入设计的表格中。计算玻璃的折射率n＝。 (5)重复以上实验步骤多次，最后求出玻璃折射率的平均值。 5．数据处理 (1)图像法：求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出sin isin r图像，由n＝可知图像应为直线，如图所示，其斜率为折射率。 (2)单位圆法：在不使用量角器的情况下，可以用画单位圆法对数据进行处理。 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点作NN′的垂线EH，过E′点作NN′的垂线E′H′，如图所示。 ②由图中关系知sin i＝，sin r＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝，所以只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出折射率n。 6．误差分析 (1)入射光线和出射光线画得不够准确。因此要求插大头针时两大头针间距应稍大些。 (2)入射角、折射角测量不精确。为减小测角时的相对误差，入射角要适当大些，但不宜太大，入射角太大时反射光较强，折射光会相对较弱。 7．注意事项 (1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且使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，不能改变玻璃砖与白纸的相对位置。 (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。 1．测定玻璃的折射率时，为了减小实验误差，入射角应尽量小些。(　　×　　) 2．测定玻璃的折射率时，为了减小实验误差，大头针应垂直地插在纸面上。(　　√　　) 3．测定玻璃的折射率时，为了减小实验误差，大头针P1和P2及P3和P4之间的距离应适当大些。(　　√　　) [对应学生用书P75] 探究点一　实验原理与操作　(科学探究之结论) (2021·河南郑州高二期中)在做“测量玻璃的折射率”的实验时，先在白纸上放上玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，插上大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，如图所示，其中aa′和bb′分别是玻璃砖与空气相交的两个界面，“＋”表示大头针的位置。图中AO表示经过大头针P1和P2的光线，该光线与界面aa′交于O点，MN表示法线。 (1)请在图中将光路图画完整，并标出光线进入玻璃砖的入射角θ1和发生折射现象后的折射角θ2。 (2)该玻璃砖的折射率可表示为n＝________(用θ1和θ2表示)。 (3)在做“用插针法测量玻璃折射率”的实验时，两位同学具体操作如下： ①甲同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面aa′与bb′后，将玻璃砖垂直于aa′方向沿纸面向上平移了少许，其他操作正确。 ②乙同学在白纸上画aa′、bb′两界面时，其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微小些，其他操作正确。 请问：甲同学测出的玻璃砖的折