4.2 科学测量：玻璃的折射率 课件 -2025-2026学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦“科学测量：玻璃的折射率”，通过汽车挡风玻璃对折射率的实际要求导入，结合光的折射定律，以插针法为核心实验方法，构建从实际问题到实验原理再到操作的学习支架，衔接光的折射和全反射知识点。 其亮点在于注重科学探究与科学思维，通过插针法确定光路、多种数据处理方法（计算法、图像法、单位圆法）培养学生实验设计与数据处理能力，例题涵盖不同玻璃砖形状及误差分析，体现质疑创新。课堂小结系统整合实验方法、器材和原理，助力学生形成物理观念，教师可提升实验教学效率，学生能深化对折射定律的理解与应用。

High School Physics 会分析实验误差产生的原因和减小误差的方法 学习用插针法确定光路，会计算折射率 02 知道测量玻璃的折射率的原理，能根据实验原理设计合理的实验方案 01 03 重难点 难点 重点 折射率是光学材料的重要指标。在制造汽车挡风玻璃时，对折射率和形状都有十分严格的要求，关系到驾驶的安全。 如何测量玻璃的折射率？ 玻璃、光路 玻璃砖 插针法 公司logo 公司logo 情境导入 原理：光从空气斜射入玻璃时，测出入射角i和折射角r，计算=n 实验原理与器材 器材： 木板 白纸 图钉 玻璃砖 铅笔 刻度尺 大头针 量角器 公司logo 公司logo 观察与思考 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。 实验设计 画出光路图并测出入射角和折射角。 入射光 出射光 公司logo 公司logo 核心知识 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。 实验步骤 2.用两枚大头针在玻璃砖的另一侧确定出射光的方向。 公司logo 公司logo 核心知识 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'。 5.重复以上实验步骤多次，最后求出玻璃折射率的平均值。 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= 公司logo 公司logo 核心知识 数据处理 测量入射角和折射角，代入n= 中求多次不同入射角时n的值，取其平均值 01计算法 求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作sin i-sin r图像，由n= 知图像为直线，其斜率为折射率 02图像法 公司logo 公司logo 核心知识 数据处理 (1)以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线AO于E点，交折射光线OO'于E'点，过E作NN'的垂线EH，过E'作NN'的垂线E'H'。 03单位圆法 不使用量角器 (2)由图中关系知sin i= ，sin r= ，OE=OE'=R， 则n= = ，测出EH、E'H'的长度就可以求出n。 公司logo 公司logo 核心知识 误差分析 (1)确定光路产生的误差。 (2)测量误差。 (3)运算求解的误差等。 01误差来源 (1)插大头针时必须竖直，两枚大头针之间的距离适当大些。 (2)入射角不能太大，也不能太小。 (3)画光路图尽量规范、精确。 (4)多测几次折射率求平均值。 02减小误差的方法 公司logo 公司logo 核心知识 注意事项 手不能触摸玻璃砖的光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 1 在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 2 玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上。 3 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。 4 公司logo 公司logo 核心知识 1.在通过“插针法”测量玻璃的折射率实验中： (1)图为实验使用的长方体玻璃砖，实验时不能用手直接接触玻璃砖的　　　 (选填“磨砂面”或“光学面”)。  光学面 (2)关于该实验，有以下操作步骤： A.摆好玻璃砖，确定玻璃砖上、下边界aa'、bb' B.任意画出一条入射光线，在光路上插上大头针P1、P2 C.确定P3、P4位置时，应使P3挡住P1、P2的像，P4挡住　 　　　  D.确定P3、P4位置时，二者距离应适当　　　　些(选填“小”或“大”)，以减小误差  P3以及P1、P2的像 大 例题 (3)如图丙所示，过P3、P4作直线交bb'于O'，过O'作垂直于bb'的直线NN'，连接OO'。用量角器测量图丙中角α和β的大小，则玻璃的折射率 n=　　　　。 例题 (1)玻璃砖的光学面不能用手直接接触，否则，接触面的污渍会影响接触面的平整，进而影响折射率的测量。 (2)确定P3、P4位置时，应使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3以及P1、P2的像； 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，引起的角度误差会较大，故P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度。 (3)根据折射定律得折射率为n=。 (2)图甲，本实验光线是由空气 射入玻璃砖，根据测得的入射 角θ1和折射角θ2的正弦值画出 的图线如图乙所示，从图线可知玻璃砖的折射率n=　　　；  2.利用“插针法”可以测量不平行玻璃砖的折射率。图甲就是利用“插针法”测量玻璃砖ABCD(玻璃砖的入射面AB和出射面CD不平行)折射率的实验光路图，请你分析与该实验相关的下列问题： (1)出射光线O'Q与入射光线PO　 　　(选填“平行”或“不平行”)；  不平行 1.5 例题 (3)对本题实验数据的处理也可采用如图丙方法：以入射点O为圆心，取一合适的长度为半径作圆，该圆与入射光线PO交于M点，与折射光线OO'的延长线交于F点，过M、F点分别向法线作垂线，其垂足分别为N、E，现测得MN= 1.68 cm，EF=1.12 cm，则该玻璃砖的折射率n=　　。 1.5 例题 (1)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等，可知出射光线和入射光线不平行。 (2)根据折射定律有n=，由题图乙可得，折射率为n==1.5。 (3)根据题意，由折射定律有n=====1.5。 “测量玻璃的折射率”实验中，也可以用三棱镜、半圆形玻璃砖等进行测量。 求其他形状玻璃砖的折射率 只要利用“插针法”定出入射光线和出射光线，其与界面的交点就是入射点和出射点，连接入射点和出射点就能作出折射光线，一样可以测出折射率。 公司logo 公司logo 总结提升 3.如图(a)所示，甲同学在“测量玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa'和bb'。O为直线AO与aa'的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。 例题 (1)甲同学接下来要完成的必要步骤有　　　。  A.插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像 B.插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像 C.插上大头针P4，使P4仅挡住P3 D.插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像 BD (2)过P3、P4作直线交bb'于O'，过O'作垂直于bb'的直线NN'，连接OO'。测量图中角α和β的大小，则玻璃 砖的折射率n=　　　。  例题 (3)如图(b)所示，甲同学在实验中将玻璃砖界面aa'和bb'的间距画得过宽但仍平行。若其他操作正确，则折射率的测量值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)准确值。  小于 (4)甲同学准确地画好玻璃砖界面aa'和bb'后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图(c)所示，若其他操作正确，则折射率的测量值　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)准确值。  等于 例题 (5)乙同学采用的是梯形玻璃砖，在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖的位置如图(d)所示，实验过程和操作均正确，则折射率的测量值　　 (选填“大于” “小于”或“等于”)准确值。  等于 例题 (1)该同学接下来要完成的必要步骤有：确定P3大头针的位置，方法是插上大头针P3，使P3能挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置，方法是大头针P4能挡住P3和P1、P2的像。故该同学接下来要完成的必要步骤有B、D。 (2)根据折射定律得玻璃砖的折射率为n=。 (3)将玻璃砖界面aa'和bb'的间距画得过宽但仍平行，而其他操作正确，导致α角偏大，由于n=，折射率的测量值将偏小。 (4)如图所示，实线表示将玻璃砖向下平移后实际的光路图，而虚线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律知，折射率的测量值等于准确值。 (5)只要操作正确，测量的结果与玻璃砖的形状无关，所以乙同学测得的折射率等于准确值。 4.某同学测量玻璃砖的折射率，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，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d1=10.00 cm，玻璃砖厚度d2=4.00 cm。玻璃的折射率n=　　 ， 光在玻璃中的传播速度v=　　　　 m/s (光在真空中的传播速度c=3.0×108 m/s)。  ×108 例题 作出光路图如图所示， 根据几何知识可得入射角i=45°， 设折射角为r， 则tan r=， 由数学知识可知sin r=， 故折射率n== 光在玻璃中的传播速度v==×108 m/s。 测玻璃的折射率 实验方法 实验器材 单位圆法：n= = ，测出EH、E'H'的长度就可以求出n 图像法：作sin i-sin r图像，图像为直线，其斜率为折射率 木板、白纸、玻璃砖、大头针、量角器、刻度尺、铅笔 =n 插针法 计算法：代入n= 中求多次不同入射角时n的值，取其平均值 实验原理 实验步骤 数据分析 误差分析 注意事项 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $null