第二节 测定介质的折射率（导学案）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.物理观念：理解折射率是描述介质光学性质的基本物理量，掌握其定义式n = sin i / sin r，并能结合实验数据进行计算；能够运用光的折射定律解释实验中光线偏折的现象，建立“入射角一折射角一折射率”三者之间的定量关系模型。 2.科学思维：在实验设计过程中，经历提出假设、设计方案、预测结果、验证结论的完整思维流程，发展逻辑推理与模型建构能力；能够对比不同组别的实验数据，分析误差来源，判断系统误差与偶然误差的区别，提升批判性思维水平。 3.科学探究：能独立组装实验装置，正确使用大头针、直尺、量角器和矩形玻璃砖完成“插针法”测折射率的操作；能规范记录实验数据，绘制光路图，计算多组折射率后取平均值，形成严谨的实验报告。 4.科学态度与责任：在小组合作中主动承担任务，尊重他人意见，养成实事求是、精益求精的科学态度；认识到精确测量在科学研究和技术应用中的重要价值，增强社会责任意识。 1.掌握“插针法”测定介质折射率的实验原理与操作步骤，并能根据实验数据计算折射率，并分析误差来源(重点)。 2.准确确定入射角与折射角的几何位置，避免因视线偏差导致角度测量错误(重难点)。 3.理解并区分实验中的系统误差（如玻璃砖两面不平行、大头针倾斜）与偶然误差（如读数偏差），提出改进建议(重点)。 【知识回顾】 第一节 光的折射定律 一、光的折射定律 1．光的反射 (1)反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的 时，一部分光 到第1种介质的现象。 (2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在 内，反射光线与入射光线分别位于 的两侧；反射角 入射角。 2．光的折射 (1)折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的 时，一部分光进入第2种介质的现象。 (2)折射定律 折射光线与入射光线、法线处在 内，折射光线与入射光线分别位于 ； 与 成正比，即： ＝n (3)在光的折射现象中，光路是 的。 二、折射率 1．折射率 (1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时， 与 之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率。 (2)定义式：n＝ (3)物理意义：反映介质的光学性质的物理量，常数n越大，光线以相同入射角从真空斜射入这种介质时偏折的角度 。 2．折射率与光速的关系 (1)某种介质的折射率，等于光在 中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝ 。 (2)由于c＞v，故任何介质的折射率n都 1。 【自主预习】 第二节　测定介质的折射率 测定透明玻璃砖的折射率 1. 实验原理 2. 实验器材 3. 实验步骤 4. 数据处理 （1）计算法（2）图像法（3）单位圆法 5. 注意事项 思考与讨论 测定透明玻璃砖的折射率 1.平行玻璃砖将会对光路有什么影响?出射光线与人射光线有什么关系? 【典例1】“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D。 (1)在插入第四个大头针D时，要使它 。 (2)在图上画出光传播的光路。 (3)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是 (在图上标出它们)。 【典例2】用插针法测定玻璃的折射率的实验中： (1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面后，不小心碰了玻璃砖，使它向上平移了少许，如图1所示，他测出的折射率将 （偏大、偏小、不变）。 (2)乙同学在画界面时，不小心将两界面间距画得比玻璃砖宽度大些，如图2所示，则他测得的折射率 （偏大、偏小、不变）。 【典例3】用圆弧状玻璃砖做测定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的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针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P1、P2点的入射光线。 (1)在图上补画出所需的光路。 (2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角， 请在图中的AB分界面上画出这两个角。 (3)用所测物理量计算折射率的公式为n＝ 。 (4)为了保证在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当 (填“小一些”“无所谓”或“大一些”)。 (5)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，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝ 。 课堂小结： 学生通过对折射实验进行定量探究,分析实验数据,发现特点和规律,得出折射定律。在折射定律的基础上继续介绍折射率的概念,并通过光在水中折射与在玻璃中折射的实验对比,加深学生对折射率的物理意义的理解。从知识迁移的角度,让学生通过实验测量玻璃砖的折射率,并应用相关知识解释生活中的折射现象,做到学以致用。 1.如图所示，某同学为了测量截面为正三角形的三棱镜玻璃折射率，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的右侧观察到P1像和P2像，当P1的像恰好被P2像挡住时，插上大头针P3和P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像。在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示。 (1)画出对应的光路图； (2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率，若以AB作为分界面，需要测量的量是 和 ，在图上标出它们； (3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n＝ 。 (4)若在测量过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置底边仍重合)，则以AB作为分界面，三棱镜材料折射率的测量值 真实值(填“大于”“小于”或“等于”)。 2.某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图中实线所示)。在固定好的白纸上作出直角坐标系xOy，实验时将半圆形玻璃砖M放在白纸上，使其底边aa′与Ox轴重合，且圆心恰好位于O点，实验正确操作后，移去玻璃砖，作OP3连线，用圆规以O点为圆心画一个圆(如图中虚线所示)，此圆与AO线交点为B，与OP3连线的交点为C，测出B点到x、y轴的距离分别为l1、d1，C点到x、y轴的距离分别为l2、d2。 (1)根据测出的B、C两点到两坐标轴的距离，可知此玻璃折射率测量值的表达式n＝ 。 (2)若半圆形玻璃砖的半径为R，则光在半圆玻璃砖中的传播时间t＝ s。 3.做测定玻璃折射率实验时，同学们被分成若干实验小组，以下是其中三个实验小组的实验情况： (1)甲组同学在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角γ作出sin i－sin γ图像如图甲所示，则下列判定正确的是 。 A.光线是从空气射入玻璃的 B.该玻璃的折射率约为0.67 C.该玻璃的折射率约为1.5 D.该玻璃置于空气中时临界角约为45° (2)乙组同学先画出图乙所示的坐标系，再在y＜0区域放入某介质(以x轴为界面)，并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点，它们的坐标分别为A(8，3)、B(1，－4)、C(7，－4)，则： ①入射点O′(图中未标出)的坐标为 。 ②通过图中数据可以求得该介质的折射率n＝ 。 (3)丙组同学在实验中将玻璃砖的界面aa′和bb′的间距画得过宽(光从aa′射入)，若其他操作正确，则图丙中折射率的测量值 准确值；图丁中折射率的测量值 准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 测定介质的折射率 1.物理观念：理解折射率是描述介质光学性质的基本物理量，掌握其定义式n = sin i / sin r，并能结合实验数据进行计算；能够运用光的折射定律解释实验中光线偏折的现象，建立“入射角一折射角一折射率”三者之间的定量关系模型。 2.科学思维：在实验设计过程中，经历提出假设、设计方案、预测结果、验证结论的完整思维流程，发展逻辑推理与模型建构能力；能够对比不同组别的实验数据，分析误差来源，判断系统误差与偶然误差的区别，提升批判性思维水平。 3.科学探究：能独立组装实验装置，正确使用大头针、直尺、量角器和矩形玻璃砖完成“插针法”测折射率的操作；能规范记录实验数据，绘制光路图，计算多组折射率后取平均值，形成严谨的实验报告。 4.科学态度与责任：在小组合作中主动承担任务，尊重他人意见，养成实事求是、精益求精的科学态度；认识到精确测量在科学研究和技术应用中的重要价值，增强社会责任意识。 1.掌握“插针法”测定介质折射率的实验原理与操作步骤，并能根据实验数据计算折射率，并分析误差来源(重点)。 2.准确确定入射角与折射角的几何位置，避免因视线偏差导致角度测量错误(重难点)。 3.理解并区分实验中的系统误差（如玻璃砖两面不平行、大头针倾斜）与偶然误差（如读数偏差），提出改进建议(重点)。 【知识回顾】 第一节 光的折射定律 一、光的折射定律 1．光的反射 (1)反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光返回到第1种介质的现象。 (2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。 2．光的折射 (1)折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象。 (2)折射定律 折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即：＝n (3)在光的折射现象中，光路是可逆的。 二、折射率 1．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。 (2)定义式：n＝ (3)物理意义：反映介质的光学性质的物理量，常数n越大，光线以相同入射角从真空斜射入这种介质时偏折的角度越大。 2．折射率与光速的关系 (1)某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝。 (2)由于c＞v，故任何介质的折射率n都大于1。 【自主预习】 第二节　测定介质的折射率 测定透明玻璃砖的折射率 1. 实验原理 2. 实验器材 3. 实验步骤 4. 数据处理 （1）计算法（2）图像法（3）单位圆法 5. 注意事项 思考与讨论 测定透明玻璃砖的折射率 1.平行玻璃砖将会对光路有什么影响?出射光线与人射光线有什么关系? 答案 画出光路图,根据折射定律,得出结论:出射光线与人射光线平行,但发生了一定的侧移。 【典例1】“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D。 (1)在插入第四个大头针D时，要使它挡住C及A、B的像。 (2)在图上画出光传播的光路。 (3)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是入射角∠AOM，折射角∠O′ON(在图上标出它们)。 【典例2】用插针法测定玻璃的折射率的实验中： (1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面后，不小心碰了玻璃砖，使它向上平移了少许，如图1所示，他测出的折射率将不变（偏大、偏小、不变）。 (2)乙同学在画界面时，不小心将两界面间距画得比玻璃砖宽度大些，如图2所示，则他测得的折射率偏小（偏大、偏小、不变）。 【典例3】用圆弧状玻璃砖做测定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的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针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P1、P2点的入射光线。 (1)在图上补画出所需的光路。 (2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角， 请在图中的AB分界面上画出这两个角。 (3)用所测物理量计算折射率的公式为n＝sini/sinr。 (4)为了保证在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当小一些(填“小一些”“无所谓”或“大一些”)。 (5)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，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝1.5。 课堂小结： 学生通过对折射实验进行定量探究,分析实验数据,发现特点和规律,得出折射定律。在折射定律的基础上继续介绍折射率的概念,并通过光在水中折射与在玻璃中折射的实验对比,加深学生对折射率的物理意义的理解。从知识迁移的角度,让学生通过实验测量玻璃砖的折射率,并应用相关知识解释生活中的折射现象,做到学以致用。 1.如图所示，某同学为了测量截面为正三角形的三棱镜玻璃折射率，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的右侧观察到P1像和P2像，当P1的像恰好被P2像挡住时，插上大头针P3和P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像。在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示。 (1)画出对应的光路图； (2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率，若以AB作为分界面，需要测量的量是入射角i和折射角γ，在图上标出它们； (3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n＝sini/sinγ。 (4)若在测量过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置底边仍重合)，则以AB作为分界面，三棱镜材料折射率的测量值大于真实值(填“大于”“小于”或“等于”)。 2.某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图中实线所示)。在固定好的白纸上作出直角坐标系xOy，实验时将半圆形玻璃砖M放在白纸上，使其底边aa′与Ox轴重合，且圆心恰好位于O点，实验正确操作后，移去玻璃砖，作OP3连线，用圆规以O点为圆心画一个圆(如图中虚线所示)，此圆与AO线交点为B，与OP3连线的交点为C，测出B点到x、y轴的距离分别为l1、d1，C点到x、y轴的距离分别为l2、d2。 (1)根据测出的B、C两点到两坐标轴的距离，可知此玻璃折射率测量值的表达式n＝d2/d1。 (2)若半圆形玻璃砖的半径为R，则光在半圆玻璃砖中的传播时间t＝Rd2/cd1 s。 3.做测定玻璃折射率实验时，同学们被分成若干实验小组，以下是其中三个实验小组的实验情况： (1)甲组同学在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角γ作出sin i－sin γ图像如图甲所示，则下列判定正确的是AC。 A.光线是从空气射入玻璃的 B.该玻璃的折射率约为0.67 C.该玻璃的折射率约为1.5 D.该玻璃置于空气中时临界角约为45° (2)乙组同学先画出图乙所示的坐标系，再在y＜0区域放入某介质(以x轴为界面)，并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点，它们的坐标分别为A(8，3)、B(1，－4)、C(7，－4)，则： ①入射点O′(图中未标出)的坐标为（4,0）。 ②通过图中数据可以求得该介质的折射率n＝4/3。 (3)丙组同学在实验中将玻璃砖的界面aa′和bb′的间距画得过宽(光从aa′射入)，若其他操作正确，则图丙中折射率的测量值小于准确值；图丁中折射率的测量值小于准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $