第4章 光及其应用 第2节 实验：测定玻璃的折射率(课件PPT)-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册（教科版）

实验：测定玻璃的折射率 第 2 节 [三步]学通实验1 感悟多彩的实验方案—— 思维要“活” [三步]学通实验2 把握常见的命题视角—— 规律要“通” 01 02 CONTENTS 目录 [三步]学通实验3 科学有效的训练设计—— 训练要“实” 03 [三步]学通实验1 感悟多彩的实验方案——思维要“活” ◉实验目的 1.测量玻璃的折射率。 2.掌握测量玻璃的折射率的方法。 ◉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i和折射角r，根据折射定律计算出玻璃的折射率n=。　 一、本版教材实验理清楚 ◉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。 ◉实验步骤 1.将白纸用图钉钉在平木板上。 2.如图所示，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'， 并画一条线段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，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，放回玻璃砖，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，连接OO'，线段OO'代表了光线在玻璃砖内的传播路径。 ◉数据处理 处理方式一：用量角器量出入射角i和折射角r，从三角函数表中查出它们的正弦值，算出不同入射角时的，最后求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率。 处理方式二：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，如图甲所示。 由于sin i=，sin r=， 而CO=DO，所以折射率n==。 处理方式三：改变不同的入射角i，测出不同的折射角r，作sin i⁃sin r图像，由n=可知图像应为直线，如图乙所示，其斜率为折射率。 ◉误差分析   产生原因 减小方法 偶然 误差 入射、折射光线画不精确 两大头针间距适当大些 入射角、折射角测不准 入射角适当大些 ◉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，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。 (一)鲁科版教材实验方案 二、他版教材实验方案 [差异解读] (1)用水代替玻璃。 (2)用激光发出的光代替插针法对光线的确定 (二)粤教版教材实验方案 [差异解读] (1)用半圆形玻璃砖代替平行玻璃砖。 (2)用激光发出的光代替插针法对光线进行确定。 (3)用带角度的背景板取代量角器。 [三步]学通实验2 把握常见的命题视角—— 规律要“通” [典例1]　(2025·四川绵阳期中)如图甲所示， 在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放 好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边 MN和PQ，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，再插上大头 针P3、P4，然后作出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。 命题视角一　实验原理与操作 (1)关于此实验，下列说法中正确的是_____。  A.大头针P4须挡住P3及P1、P2的像 B.入射角越大，折射率的测量越准确 C.利用量角器量出i1、i2，可求出玻璃砖的折射率n= D.如果误将玻璃砖的边PQ画到P'Q'，折射率的测量值将偏大 A [解析]　大头针P4须挡住P3及P1、P2的像，A正确；入射角大小要适当，并非入射角越大折射率的测量越准确，B错误；利用量角器量出i1、i2，可求出玻璃砖的折射率n=，C错误；如果误将玻璃砖的边PQ画到P'Q'，如图所示，折射角测量值偏大，则折射率的测量值将偏小，D错误。 (2)如图乙所示，某同学按照如下方法处理数据：以O点为圆心、R为半径作圆，与折射光的交点为B，过B点向两介质的交界面作垂线，垂足为N，AO的延长线交BN于M，记OM=r。再以O点为圆心、r为半径作圆。可知该玻璃的折射率的测量值n=____。(用r、R表示)  [解析]　由几何知识可知，入射角i3=∠OMN，折射角i4=∠OBN，则该玻璃的折射率的测量值n====。 命题视角二　数据处理和误差分析 [典例2]　(1)某实验小组利用“插针法”测量玻璃 的折射率的实验光路如图甲所示，实验所用玻璃砖 的上表面AD与下表面BC不平行，出射光线O'G与入 射光线PO_________(选填“平行”或“不平行”)；对 实验数据的处理可采用以入射点O为圆心、取某一单位长度为半径作圆，该圆与入射光线PO交于M点，与折射光线OO'的延长线交于E点，过M、E点分别向法线作垂线，其垂足分别为N、F，现测得MN=1.66 cm，EF= 1.12 cm，则该玻璃砖的折射率n=______ (结果保留三位有效数字)。  不平行 1.48 [解析]　因为上下表面不平行，光线在上表面的折射角与在下表面的入射角不相等，可知出射光线和入射光线不平行；设光线在AD面的入射角为θ1，折射角为θ2，根据折射定律可得n====≈1.48。 (2)如图乙所示，某同学在“利用插针法测量玻璃 的折射率”的实验中，在纸上画玻璃砖下界面bb'时， 误将bb'向下画至图中虚线位置，而其他操作均正确， 则该同学测得的玻璃砖折射率将______ (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。  偏小 [解析]　实际的光路如图中实线所示，实验作图时 的光路如图中虚线所示。由图可知，在玻璃砖上表面， 入射角没有误差，测得的折射角偏大，根据折射定律 n=可知，测得的玻璃砖折射率偏小。 [微点拨] (1)选择玻璃砖时宽度宜大些，这样可以减小确定光路方向时出现的误差，提高测量的准确度。 (2)实验中一旦玻璃砖所定的界面(线)aa'、bb'画好后，放置的玻璃砖就不要随便移动，如果玻璃砖斜向移动，测得的折射率一定变化；如果稍微上下平移了玻璃砖，对测量结果没有影响。 1.[实验器材的创新]用圆弧 状玻璃砖做测量玻璃折射率的 实验时，先在白纸上放好圆弧 状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧依次插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线。 命题视角三　创新考查角度和创新思维 (1)在图上补画出所需的光路。 答案：见解析图 解析：连接P3、P4与 交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，由于P1、P2的连线与 的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示。 (2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角i和折射角r，请在图中的AB分界面上画出这两个角。 答案：见解析图 解析：连接O点与光线在 上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如图中i、r所示。 (3)用所测物理量计算折射率的表达式为n=______。  解析：由折射定律可得n=。 (4)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n=____。  1.5 解析：图像的斜率k==n，由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5。 2.[实验器材、实验数据处理的创新]某同学测量玻 璃的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、 一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图所示，直尺与玻璃 砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离为d1=10.00 cm，玻璃砖厚度d2=4.00 cm。 此玻璃的折射率n=_____，光在玻璃中传播速度v=__________m/s(光在真空中传播速度c=3.0×108 m/s，结果均保留两位有效数字)。  1.2 2.5×108 解析：作出光路图如图所示，根据几何知识可得tan i==1， tan r==，解得入射角i=45°，折射角r=37°，故折射率n=≈1.2。 光在玻璃介质中的传播速度v==2.5×108 m/s。 [三步]学通实验3 科学有效的训练设计—— 训练要“实” 1.在“测量玻璃的折射率”实验时， (1)下列做法正确的是_____。  A.入射角越大，误差越小 B.在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着玻璃砖的光学面画出界面 C.实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量 D.判断像与针是否在同一直线上时，应该观察大头针的头部 C 解析：入射角尽量大些，折射角也会大些，折射现象较明显，角度的相对误差会较小，但要注意并不是入射角越大越好，应适度，A错误。为了防止弄脏玻璃砖，不能用铅笔贴着玻璃砖的光学面画出界面，B错误。实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量，C正确。判断像与针是否在同一直线上时，应该观察大头针的整体，不能只观察其头部，D错误。 (2)小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针 的位置P1、P2、P3和P4，AB和CD是描出的玻璃砖的两个 边界，如图所示，请画出光路图。 答案：见解析图 解析：根据作出的点P1、P2、P3、P4作出入射光线 和出射光线，连接AB和CD与光线的交点O、O'， OO'即为光在玻璃中的传播路径，如图所示。 2.现要估测一矩形玻璃砖的折射率n，给定的器材有：待 测玻璃砖、白纸、铅笔、大头针1枚、直尺、直角三角板。实 验时，先将直尺的一端O和另一点M标上两个明显的标记，再 将玻璃砖平放在白纸上，沿其两个长边在白纸上画出两条直 线AB、CD，再将直尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置，使O点与直线CD相交，并在白纸上记下点O、M的位置，如图所示，然后在右上方通过AB所在界面向左下方观察，调整视线方向，直到O点的像与M点的像重合，再在AB直线上插上大头针，使大头针挡住M、O的像，记下大头针P点的位置。 (1)请在原图上作出光路图； 答案：见解析图 解析：调整视线方向，当O点的像和M点的像重合 时，从O点发出的光线经玻璃砖折射后与从M点发 出的光线经AB面反射后重合。在观察的一侧插上大 头针，使大头针挡住M、O的像，则大头针的位置为 折射光线射出玻璃砖的点和从M点发出的光线在AB 面上的反射点，如图所示。 (2)计算玻璃砖的折射率的表达式为：n=______(用字母P和图中已知线段字母表示)。  解析：折射率n===。 3.如图所示，在用激光测玻璃砖折射率的实验中， 玻璃砖与光屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角 度照射，此时在光屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖， 光点移到S2处，回答下列问题： 答案：见解析图甲　 解析：根据题意画出光路图如图甲所示。 (2)已经测出AB=l1，OA=l2，S1S2=l3，则折射率n=______________(用l1、l2、l3表示)；  解析：设激光束在O点的入射角为θ、折射角为α，根据折射定律有n=，由于射入玻璃砖的入射角等于射出玻璃砖的折射角，则S1S2 =CB，根据几何关系可知sin θ=，sin α=，联立解得 n=。 (3)若改用宽度比ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会______ (填“变大”“变小”或“不变”)。  解析：若改用宽度比ab更小的玻璃砖做实验，则画出光路图如图乙所示，可看出S1S2间的距离变小。 变小 4.用“插针法”测量透明半圆柱形玻璃砖的折射率，O为玻璃砖截面的圆心，使入射光线跟玻璃砖的平面垂直，下面4个图中P1、P2、P3和P4是4个学生实验时插针的结果。 解析：将P1、P2连线看作入射光线，P3、P4连线看作出射光线，题图中若光线不垂直圆弧面切线射出，必定发生偏折，故A错误。 (1)在这4个图中，肯定把针插错了的是_____。  A (2)在这4个图中，可以比较准确地测出玻璃砖的折射率的是____，计算折射率的公式是_______。(对右侧面用i表示入射角，r表示折射角)  D n= 解析：要比较准确地测出折射率，折射角不能太大，也不能太小，更不能为零，所以能比较准确地测出玻璃砖的折射率的为D；计算折射率的公式是n=。 本课结束 $$