4.2 测定介质的折射率 课件 -2025-2026学年高二下学期物理粤教版选择性必修第一册

第二节 测定介质的折射率 1．定义 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示。真空的折射率为1，空气的折射率近似为1。 2．定义式 3．物理意义 折射率n是一个与介质有关的常数，是反映介质光学性质的物理量。 4．用光速表示折射率 某种介质的折射率，等于光在真空中传播的速度c与光在这种介质中的传播速度v之比。 n＝c/v 5.特点 任何介质的折射率都大于1. 一、知识回顾 2 问题1：本实验提供玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、刻度尺、圆规、铅笔等器材。那么如何利用图钉确定入射光和折射光线，如何测量玻璃砖的折射率。 二、实验探究 问题2：根据实验方案，我们需要获得哪些物理量？这些物理量哪些可以直接测量？用什么仪器测量？哪些不能直接测量？应怎样得到数据呢？ 根据光的折射定律，测量玻璃折射率的关键是要测量出入射角和折射角，为此必须要确定一条光路。如图所示，当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时，只要找出与入射光线AO相对应的出射光线O′D，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律n＝sinθ1/ sinθ2，就可以求出玻璃的折射率了。 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，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。 问题3：请说出实验步骤。 (1)如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上。 (2)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，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，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。 (6)连接OO′，入射角i＝∠AON，折射角r＝∠O′ON′，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 OE(或OE的延长线)交于D点，过C、D两点分别向N′N作垂线， 交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图所示。 （7）把这些数据记录在自己设计的表格中；改变入射光线，重复2~6步骤，再测3组。 （8）求出几次实验时测得数据的平均值，就是玻璃的折射率。 问题4：如何处理实验数据？ 数据组次 sin i sinr 折射率n n的平均值 1 　 　 　 　 2 　 　 　 3 　 　 　 4 　 　 　 对应数据表格： 数据组次 EF长度 O`Q长度 折射率n n的平均值 1 　 　 　 　 2 　 　 　 3 　 　 　 4 　 　 　 对应数据表格： 问题5：实验过程中有哪些地方存在实验误差？为了减少实验误差，实验过程中应注意哪些实验事项呢？ 误差分析： (1)玻璃砖的两个平行的折射面与两条平行轮廓线没完全重合。 (2)测量过程中玻璃砖发生移动。 注意事项： （1）玻璃砖的两个边aa′必须画准确，才能确定法线和准确地画出入射角和折射角。注意不能用玻璃砖替代直尺画线，避免划伤和污染玻璃砖的光学面。可以用铅笔先在白纸上描出玻璃砖每个界面的两个点，然后取下玻璃砖再用直尺连成线。 （2）实验时，尽可能得将大头针竖直地插在纸上，且A和B之间、B和O之间、C和D之间、C和O′之间的距离要稍大一些。要透过玻璃砖观察大头针的像，而不是看玻璃砖上面的大头针的顶部。 （3）入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差。 （4）在实验的过程中，玻璃砖与白纸的位置都不能改变，更不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面。 （5）应选用宽度较大的玻璃砖，宽度宜在5cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。 三、拓展延伸，活用插针法 如图甲所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。 （1）此后正确的操作步骤是________。 A．插上大头针P3，使P3挡住P2的像 B．插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像 C．插上大头针P4，使P4挡住P3的像 D．插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3 （2）正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4的位置（图中已标出）。为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路图和若干条辅助线，如图乙、丙所示。能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图________（选填“乙”或“丙”），所测玻璃折射率的表达式n＝________（用代表线段长度的字母ED、FG表示）。 解析：（1）此后正确的操作步骤是：插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像；插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3，BD正确。（2）能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图丙。 （3）根据折射定律 测定介质的折射率 一、测定介质的折射率实验探究 1.实验原理 2.实验器材 3.实验步骤 4.实验数据处理 5.实验误差分析 二、拓展延伸，活用插针法 三、课堂总结 $