4.2 测定介质的折射率 课件 -2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

该高中物理课件围绕“测定玻璃折射率”实验展开，系统涵盖实验原理、步骤、数据处理及误差分析，通过插针法确定光路连接折射定律，为后续多种数据处理方法（计算法、图像法、单位圆法）提供学习支架。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，如单位圆法不用量角器通过线段测量求折射率培养模型建构能力，例题覆盖操作、误差分析及创新拓展。学生能掌握实验技能与数据处理方法，教师可借助丰富案例提升教学效率。

第二节　 测定介质的折射率 1.知道测量玻璃折射率的原理、方法和步骤.(重点)2.学习用插针法确定光路,会确定入射光线、折射光线、入射角及折射角.3.学会用不同方法测量和计算玻璃的折射率.(难点) [学习目标] 一、实验目的 1.学习用插针法确定光路. 2.测量玻璃的折射率. 二、实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉(3～4枚)、量角器、刻度尺、铅笔. 三、实验原理 1.基本原理 2.物理量的测量 入射角i:入射光线与法线的夹角. 折射角γ:折射光线与法线的夹角. 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.(如图甲所示) 2.用两枚大头针在玻璃砖的另一侧确定出射光的方向.(如图乙所示) 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′.(如图丙所示) 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、数据处理 3.单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用单位圆法. (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OA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′,如图所示. 六、误差分析 1.入射光线和出射光线画得不够精确.因此,插大头针时两大头针间距应稍 大些. 2.入射角、折射角测量不精确,产生偶然误差.为减小测量角时的相对误差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大时,反射光较强,折射光会相对较弱. 七、注意事项 1.所用玻璃砖要适当厚一些. 2.实验中,玻璃砖在纸上的位置不可移动. 3.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. 4.大头针应竖直插在白纸上,且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2、P3与P4间的距离应适当大些. 5.实验中入射角不宜过小或过大. [例1] (实验原理与操作)在“测定玻璃折射率”的实验中操作步骤如下,请在横线上将实验内容补充完整. (1)先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面,过aa′上的一点O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.在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb′. (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的像挡住.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P1、P2的像和　　　,记下　　　　和 　　　　的位置(用题目中出现的字母表示).  P3 P3 P4 OO′ [例2] (实验数据处理及误差分析)(2025·广东东莞月考)在“测量玻璃的折射 率”的实验中,请思考下列两个问题: (1)如图甲所示,若在画好玻璃砖界面两条直线aa′和bb′后,不慎误将玻璃砖向上移至图中虚线位置,其他操作均正确,则测定的折射率将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”).  不变 【解析】(1)作出的折射光线如图甲中①线所示,②线表示实际光线,入射角和折射角都不变,则由折射定律可知,折射率n将不变. (2)如图乙所示,若在画玻璃砖界面aa′时,误将界面向上画至图中虚线位置,而其他操作均正确,则测定的折射率将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”).  偏小 【解析】(2)作出的折射光线如图乙中④线所示,③线表示实际光线,根据几何知识可知,入射角不变,折射角偏大,根据折射定律可知,折射率偏小. [例3] (实验创新与拓展)(2025·广东梅州联考)如图所示,某同学为了测量截面为正三角形的三棱镜玻璃的折射率,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和P2的像,当P1的像恰好被P2的像挡住时,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中实线所示. (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.  【答案】(1)图见解析 入射角i 折射角γ　 (3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n=　　　　.  (4)若确定三棱镜界面时,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 　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值.  大于 (4)以AB作为分界面,入射角没有改变,测量出来的折射角变小,则由折射定律知,折射率的测量值将大于真实值. [例4] (实验创新)(2025·广东江门联考)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.如图所示,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的距离d1=10.00 cm,玻璃砖厚度d2=4.00 cm.玻璃砖的折射率n=　 ,光在玻璃砖中的传播速度v=　　　　 m/s (光在真空中的传播速度c=3.0×108 m/s,结果均保留2位有效数字).  1.2 2.5×108 感谢观看 用插针法确定光路,找出与入射光线对应的出射光线,画出玻璃砖中对应的折射光线,从而可以测出一组对应的入射角和折射角,根据折射定律n=,便可求出玻璃的折射率. 4.根据画出的光路图测量入射角i、折射角γ,填入设计的表格中.计算玻璃的折射率n=. 1.计算法:通过测量入射角和折射角,然后查数学用表,得出入射角和折射角的正弦值,再代入 n=中求多次不同入射角时n的值,然后取其平均值,即为玻璃砖的折射率. 2.图像法:求出多组对应的入射角与折射角的正弦值,作出sin i-sin γ图像,由n=可知图像应为直线,如图所示,其斜率为折射率. (2)由图中关系知sin i=,sin γ=,OE=OE′=R,则n==,只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n. (4)移去大头针和玻璃砖,连接P3、P4作为折射光线,应通过P3、P4的连线与bb′的交点O′和aa′上的入射点O,作出玻璃砖中的光线OO′,测量出法线NN′与AO之间的夹角作为入射角i,测量出法线NN′与　　　　(用题目中出现的字母表示)之间的夹角作为折射角γ,填入表格中.由n=计算玻璃的折射率.  【解析】如图所示. 在“测定玻璃折射率”的实验中需要保持P1、P2、P3和P4四点视线在一条直线上,即需要P4挡住P1、P2的像和P3,且需要记下P3和P4的位置. 由折射率公式n=可知,需要测量出法线NN′与AO之间的夹角作为入射角i,测量出法线NN′与OO′之间的夹角作为折射角γ. 【解析】 (1)(2)由折射定律n=知要测量折射率,需要测量入射角i、折射角γ,光路图如图所示. 【解析】 (3)计算公式为n=. 【解析】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γ,则tan γ= =2.5×108 m/s. $