2.测定玻璃的折射率（表格式教学设计）物理教科版2019选择性必修第一册

第2节 测定玻璃的折射率 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第2节 测定玻璃的折射率 教学 目标 物理观念 能准确复述光的折射定律内容，理解折射率是描述介质光学性质的物理量，掌握其定义式n=，能通过实验获得入射角与折射角的数据，计算出玻璃的折射率，并能用物理语言解释实验结果。 科学思维 能根据实验目的设计合理的实验方案，选择合适的实验器材，构建“确定光线→测量角度→计算折射率”的逻辑链条；能对比不同组别的实验数据，分析可能存在的系统误差与偶然误差，提出改进措施，发展批判性思维与逻辑推理能力。 科学探究 能独立完成插针法测折射率的全过程，包括固定白纸、描点画线、用量角器测角、记录数据等基本技能操作；能在教师引导下提出可探究的问题，如“入射角大小是否影响测量精度”，并通过多组数据验证假设,提升实验探究能力。 科学态度 与责任 在实验过程中养成实事求是、尊重数据的科学态度，不随意篡改或舍弃异常数据；认识到精确测量在科学研究和技术应用中的重要性，增强社会责任感，理解物理实验对工程技术(如透镜制造、光纤通信)的基础支撑作用。 教学 重难点 1.掌握插针法测定玻璃折射率的实验原理与操作步骤，理解折射率的物理意义，能够正确使用量角器测量入射角和折射角并计算折射率(重点)。 2.准确确定光路中的入射光线和折射光线，避免因视线偏差造成角度测量错误(重点)。 3.分析实验中产生误差的主要原因（如针眼偏差、玻璃砖移动、读数误差），并提出有效的减小误差的方法(难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：既然折射率是衡量材料光学性能的重要指标,那么,根据折射定律,就可以测量材料的折射率。今天我们就通过实验来测量玻璃的折射率。 学生课前预习。 新课讲授 测定玻璃的折射率 教师：给每个小组学生提供一套测量玻璃折射率的器材,提醒学生不可以触摸玻璃砖教师的光学面,让每个小组基于以下问题,思考、设计并进行实验操作。 提问：关于实验原理:要想测量玻璃的折射率,依据的是什么原理?可以通过测量哪些物理量来实现? 学生：用“插针法”确定光路，找出入射光线及相应的出射光线，画出玻璃砖中对应的折射光线，用量角器分别测出入射角i和折射角r，根据折射定律n＝，便可求出玻璃的折射率。 教师：需要哪些实验器材？ 学生：玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、直尺、铅笔。 教师：有哪些实验步骤？ 学生：1．把白纸用图钉钉在木板上。 2．用直尺画一条直线EE′作为界面，过EE′上一点B作垂直于EE′的直线NN′作为法线，过B点画一条入射光线AB，使入射角i适当大些，如图所示 3．在AB线上竖直地插两枚大头针G1、G2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与EE′重合。 4．沿玻璃砖的另一侧面用直尺画一条直线FF′。 5．在玻璃砖的FF′一侧白纸上竖直地插一枚大头针G3，调整视线，同时移动大头针G3的位置，当G3恰好能同时挡住玻璃砖EE′一侧所插的大头针G1、G2的像时，把大头针G3插好。 6．在玻璃砖FF′一侧再竖直地插一枚大头针G4，使G4能挡住G3本身，同时也能挡住G1、G2的像。 7．记下G3、G4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过G3、G4连一条直线CD交FF′于C点，连接BC，BC就是入射光线AB在玻璃砖内的折射光线，折射角为r。 8．用量角器量出入射角i和折射角r的大小。 9．改变入射角i，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角。 教师：实验中需要记录哪些数据？要如何进行数据处理？ 学生：需要记录每次实验中的入射角i和折射角r，并用计算器计算出对应的正弦值，填入相应表格中。采用计算法、图像法和单位圆法进行数据处理。 【例1】在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。 （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）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＝ 。 【答案】 小一些 1.5 【详解】（1）（2） （3） 图像的斜率 由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5。 【例2】甲同学由于没有量角器，他在完成了光路图以后，以O点为圆心，10.00cm长为半径画圆，分别交线段OA于A点，交O、O'连线延长线于C点。过A点作法线NN'的垂线AB交NN'于B点，过C点作法线NN'的垂线CD交NN’于D点，如图所示，用刻度尺量得OB=8.00cm，CD=4.00cm。由此可得出玻璃的折射率n= 。 【答案】 1.5 【详解】图中作为入射光线，是折射光线，设光线在玻璃砖上表面的入射角为i，折射角为，则由几何知识得到 又 则折射率 教师：实验误差来源有哪些？ 学生：玻璃砖平移、画边界线失误等等。 教师：是的，除此之外还要注意两枚大头针的距离应适当大些、入射角不宜过小或过大、玻璃砖应选用宽度较大等等。 【例3】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，如图甲所示，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，如图乙所示，则他测得的折射率 （偏大、偏小、不变）。 【答案】(1)不变 (2)偏小 【详解】（1）作出甲同学画出的玻璃砖的折射情况如下，由图可知整个玻璃砖平移，测得的折射角是不变的，算得的折射率也不受影响的； （2）作出乙同学画出的玻璃砖的折射情况如下，由图可看出，如果将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，则测得的折射角将变大，算得的折射率将减小。 学生思考并回答问题，进行实验得出实验数据。 课 堂 练 习 1.(1)在“测量玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好平行玻璃砖，aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图甲所示．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，并依次插入大头针P3和P4.在插P3和P4时，应使____________________． (2)某同学实验中作出光路图如图乙所示，在入射光线上任取一点A，过A点作法线的垂线，B点是垂线与法线的交点．O点是入射光线与aa′界面的交点，C点是出射光线与bb′界面的交点，D点为法线与bb′界面的交点．则实验所用玻璃的折射率n＝________(用图中线段表示)． 答案　(1)P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像　(2)· 2.在“用插针法测量玻璃砖的折射率”的实验中，取一块半圆形玻璃砖，O为圆心，如图所示，点P1、P2、P3、P4依次分别为四个插针位置，其中O、P1、P2三点在同一直线上． (1)在某次测量中，测得∠P1OF＝45°，∠P4OE＝60°，则该玻璃砖的折射率为________． (2)实验时，若在插P3处的大头针时，不小心将玻璃砖逆时针转动一个角度(O点不变)，则折射率的测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)． 答案　(1)　(2)偏大 解析　(1)根据光的折射定律，该玻璃砖的折射率n＝＝. (2)玻璃砖逆时针转动一个角度后，作出射光线时得到的∠P4OE偏大，故折射率的测量结果偏大． 3.小显和小涛同学用插针法测量玻璃棱镜的折射率． (1)小显同学按实验步骤，先在纸上插下两枚大头针P1、P2，然后在玻璃棱镜的另一侧插下另外两枚大头针，如图甲所示．则插针一定错误的是________(填“P3、P4”或“P5、P6”)．在图甲中按实验要求完成光路图，并标出相应的符号，所测出的玻璃棱镜的折射率n＝_____________________________________________________________________. (2)小涛同学突发奇想，用两块相同的玻璃直角三棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，如图乙所示．P1、P2的连线垂直于AB面，若操作正确的话，则在图乙中右边的插针应该是________(选填“P3、P4”“P3、P6”“P5、P4”或“P5、P6”)． 答案　(1)P5、P6　见解析图　　(2)P5、P6 解析　(1)光线经三棱镜折射后出射光线应该偏向底边，故插针一定错误的是P5、P6，光路图如图． 根据光的折射定律有：n＝. (2)根据光路图可知，过P1、P2的光线经玻璃直角三棱镜的AC面后向下偏，然后射入右侧玻璃直角三棱镜后平行射出，则题图乙中右边的插针应该是P5、P6. 课 堂 小 结 通过测量玻璃折射率的原理、方法和步骤的学习，使学生学会用不同方法测量和计算玻璃的折射率，提升实验探究能力。 板 书 设 计 第2节 测定玻璃的折射率 一、实验原理：“插针法”。 二、实验器材：玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、直尺、铅笔。 三、操作步骤： 四、数据处理：计算法、图像法、单位圆法。 五、误差分析：玻璃砖平移、画边界线失误等。 六、注意事项： 1．实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。 2．不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用。 3．大头针应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针G1与G2间、G3与G4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差。 4．实验中入射角不宜过小或过大，否则会使测量误差增大。 5．玻璃砖应选用宽度较大的，若宽度太小，则所画折射光线太短，测量误差较大。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“自我评价”。 2.配套分层作业。 教学反思 让学生通过实验测量玻璃砖的折射率,进行定量探究,分析实验数据。让学生经历了逻辑推理与实验探究相结合的过程,体会了物理研究问题的科学方法。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $