4.2 第2节　科学测量：玻璃的折射率-【正禾一本通】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义配套课件（鲁科版）

该高中物理课件聚焦“测量玻璃的折射率”实验，通过插针法确定光路，结合折射定律，指导学生用平均值法和图像法处理数据，构建光的折射知识与实验操作的实践支架。 亮点在于融合科学探究（详细实验步骤与误差分析）和科学思维（图像法数据分析），设置合作交流与例题解析，助力学生形成“操作-测量-分析”完整探究链，提升实验技能与科学思维能力，教师可直接用于实验教学，高效落实核心素养。

第2节　科学测量：玻璃的折射率 　　　　 第四章 光的折射和全反射 探究过程 1 合作交流 2 随堂演练 3 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 探究过程 返回 一、实验目的 1.测量玻璃的折射率。 2.学习用插针法确定光路。 二、实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、刻度尺、量角器、铅笔。 三、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。 四、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(a)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(b)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(c)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。 五、数据分析方法 1.平均值法 测量出不同的入射角和折射角，入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值为，求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率。 2.图像法 根据n＝，有sin r＝sin i。在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角并计算其正弦值的基础上，以sin i为横轴，sin r为纵轴，建立直角坐标系，如图所示。 描点画线得到一条过原点的直线，求解图线的斜率，设斜率为k，则k＝，故玻璃砖折射率n＝。 返回 合作交流 返回 类型一　实验操作与误差分析 1.注意事项 (1)所用玻璃砖要尽可能厚。 (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；入射角也不能太大(接近90°)，否则不易观察到P1、P2的像。 2.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r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。 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O1、O2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。 在“用插针法测定玻璃砖折射率”的实验中： (1)如图甲，下列说法正确的是__________。(选填正确选项前的字母) A.插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像 B.插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像 C.为了减小作图误差，P3和P4之间的距离应适当大些 D.为减小测量误差，P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角应越大越好 例1 ABC 确定大头针P3的位置的方法是插上大头针P3，使P3挡 住P1、P2的像；确定大头针P4的位置的方法是插上大 头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像，故A、B正确。折 射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大 头针间的距离太小，引起的作图误差会较大，故P3和P4之间的距离应适当大些，可以提高准确度，故C正确。入射角θ1即P1和P2的连线与法线的夹角适当大些，即P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角适当小些，折射角也会大些，折射现象较明显，测量角度的相对误差会减小，故D错误。故选ABC。 (2)小张同学确认所有操作步骤都正确后，根据测得的入射角和折射角的正弦画出图线，如图乙所示，从图线可求得玻璃砖的折射率是_______。 玻璃砖的折射率n＝ 则sin θ2＝sin θ1 可知sin θ2-sin θ1图线斜率的倒数表示折射率，代入数据解得n＝1.5。 1.5 (3)小杨同学在画界面时，不小心将界面bb'画的比玻璃砖宽了一些，其余操作均正确，如图丙所示，他测得的折射率__________真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)。 小于 小杨同学测定折射率时，实验所得的折射光线为2，而实际的折射光线为1，如图所示。可知实验所得的折射角θ2偏大，则由折射率n＝可知，小杨同学测得的折射率小于真实值。 针对练.某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸。 (1)(多选)下列哪些措施能够提高实验准确程度 A.选用两光学表面间距大的玻璃砖 B.选用两光学表面平行的玻璃砖 C.选用粗的大头针完成实验 D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些 √ √ 为了减小实验误差，选用的玻璃前后表面间距应尽量大些，即使玻璃砖内的折射光线尽量长些，A正确；测定折射率时，只需找出入射光线和折射光线，因此玻璃砖的两光学表面可以不平行，B错误；为了减小实验误差应选用较细的大头针完成实验，C错误；两枚大头针之间的距离尽量大些，描绘出的光线误差会较小些，D正确。 (2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下列四幅图所示，其中实验操作正确的是 √ 由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线应与出射光线平行，B、C错误；又光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角，A错误，D正确。 (3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线 NN'的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝______。 (用图中线段的字母表示) 由折射定律可知n＝＝＝。 类型二　数据处理 如图甲所示，在做“测量玻璃的折射率”的实验时，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 例2 P3、P4，然后作出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。 (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 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，折射角测量值将偏大，则折射率的测量值将偏小，D错误。故选A。 (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点，记OM＝r。再以O点为圆心、r为半径作圆。可 知该液体的折射率的测量值n＝_____。(用r、R表示) 折射率n＝＝＝。 针对练.在“测定玻璃折射率”的实验中： (1)操作步骤如下： ①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把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa'对齐。 ③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像。调整视线方向，直到P1的像被P2挡住。再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P3和P1、P2的像，记下P3、P4的位置。 ④移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为出射光线，测量出入射角θ1与折射角θ2，填入表格中。 上述操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是______________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________。 步骤②中应在白纸上画 出玻璃砖的另一边bb'；步骤④中应通过P3、P4的连线与bb'的交点，作出玻璃砖中的折射光线　 本实验用插针法测量玻璃砖的折射率，实验原理是折射定律，操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是：步骤②中，把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa'对齐，应在白纸上画出玻璃砖的另一边bb'，作为玻璃砖与空气的下边界。步骤④中，连接P3、P4作为出射光线，还应作出玻璃砖中的折射光线，故应通过P3、P4的连线与bb'的交点，作出玻璃砖中的折射光线。 (2)实验中测出了多组入射角i与折射角r，并作出了sin i-sin r的图像如图，则下列说法正确的是 A.实验时，光线是由空气射入玻璃 B.实验时，光线是由玻璃射入空气 C.玻璃的折射率为0.67 D.玻璃的折射率为1.5 √ √ 因入射角的正弦值小于折射角的正弦值，则光线是由玻璃射向空气，故A错误，B正确；图像斜率的倒数表示折射率，则n＝＝＝1.5，故C错误，D正确。 返回 随堂演练 返回 √ 1.在做“插针法测量玻璃砖的折射率”的实验中，对于如图所示的梯形玻璃砖(两个光学面不平行)，实验结果可能是下列图中的 根据折射定律画出折射的大致光路图，如图所示。故选B。 2.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，图中已画出经过P1、P2点的入射光线。 (1)在图上补画出所需的光路。 答案：如解析图所示 P3、P4的连线与CD的交点即光线从玻璃砖中射出的位置，P1、P2的连线与AB的交点即光线进入玻璃砖的位置，连接这两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：如解析图中i、r所示 连接O点与光线在AB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)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i和折射角r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 题图乙图像的斜率k＝＝n，由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5。 3.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：光路图见解析 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)。 折射率n＝＝＝。 返回 谢 谢 观 看 第2节　科学测量：玻璃的折射率 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 $