4.1 第2课时 实验：测量玻璃的折射率-【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配套课件（人教版2019）

第2课时 实验：测量玻璃的折射率 　　　　 第四章　1．光的折射 实验探究 应用拓展 细研过程 梳理要点 课时精练 内 容 索 引 细研过程 梳理要点 索引 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，找出跟入射光线相对应的折射光线，如图所示， abb′a′为一个两面平行的玻璃砖，入射角为θ1，折射角为θ2，根据n＝ 计算出玻璃的折射率。 三、实验器材 白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平木板，长方形玻璃砖。 四、实验步骤 1．在白纸上画出一条直线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。 2．把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与aa′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bb′代表玻璃砖的另一边。 3．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挡住P1的像。再在观察的这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以及P1、P2的像，记下P3、P4的位置。过P3、P4作一条线段交bb′于O′。 4．连接OO′，直线OO′就代表了沿AO方向入射的光线在玻璃砖中的传播路径，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′。 五、数据处理 1．计算法：通过量角器测量入射角和折射角，然后根据数学知识，得出入射角、折射角的正弦值，再代入n＝ 中，求出多次不同入射角时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′，如图所示。 六、注意事项 1．所用玻璃砖适当厚一些。 2．尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1与P2之间、P3与P4之间距离要稍大一些。 3．在实验过程中，玻璃砖与白纸的位置都不能改变。 4．操作时不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能用玻璃砖代替直尺画线，以免划伤玻璃砖表面。 5．实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量误差增大；也不能太大(接近90°)，否则不易观察到P1、P2的像。 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θ2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aa′、bb′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O、O′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。 索引 实验探究 应用拓展 索引 用一块梯形玻璃砖做测定玻璃折射率的实验。 一 教材原型实验 例1 (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的像，P4挡住P1、P2的像和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： 步骤②中还应在白纸上画出与玻璃 砖FF′重合的直线bb′，步骤④中应画出P3、P4连线与bb′的交点。 (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＝____。 1.6 根据折射定律n＝ ，直线斜率表示折射率，求出直线斜率k＝1.6，则n＝1.6。 (3)下列措施中，可以实现减小实验测量误差的是____。 A．大头针P1与P2、P3与P4之间的距离尽量远一些 B．大头针的高度尽量比玻璃厚度高一些 C．入射角选择大一些 D．应选用尽量薄一些(EF与E′F′间距离小一些)的玻璃砖 大头针P1与P2、P