4.1 光的折射 实验：测量玻璃的折射率 课件 -2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件围绕“测量玻璃的折射率”核心知识点，从汽车挡风玻璃的实际应用导入，结合折射定律原理，通过实验方案设计、光路确定、数据处理（计算法、图像法）等学习支架，帮助学生构建从理论到实践的知识脉络。 其亮点在于注重科学探究与科学思维培养，如问题讨论中用圆规和刻度尺通过几何关系求折射率，体现模型建构与科学推理。课堂小结归纳插针法、单位圆法等多种实验方法，学生能提升实验操作与数据处理能力，教师可借助完整方案及例题提高教学效率。

实验：测量玻璃的折射率 ·第四章 光 会分析实验误差产生的原因并给出减小误差的方法。 能通过实验原理，设计合理的实验方案，会确定入射光线和折射光线，会确定入射角和折射角，会计算折射率。 结合折射率的定义，知道测量玻璃的折射率的原理。 01 03 重难点 难点 02 折射率是衡量材料光学性能的重要指标。根据折射定律，可以测量材料的折射率。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： 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 n 入射角θ1 折射角θ2 公司logo 公司logo 核心知识 1.把白纸用图钉钉在木板上。 实验步骤 a a' O θ1 2.用直尺画一条平行于玻璃砖一个面的一条直线aa'作为界面，过aa'上一点O作垂直于aa'的直线NN'作为法线，过O点画一条入射光线AO，使入射角θ1适当大些。 3.在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa'重合。 P1 P2 A N N' 公司logo 公司logo 核心知识 a a' O θ1 b b' 5.在玻璃砖bb'一侧白纸上竖直地立一枚大头针P3，调整视线，同时移动大头针P3的位置，当P3恰好能同时挡住玻璃砖aa'一侧所插的大头针P1、P2的像时，把大头针P3插好。 P1 P2 4.用直尺轻靠在玻璃砖的另一个面，按住直尺不动，将玻璃砖取下，画出直线bb'。 6.在玻璃砖bb'一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住 P3，同时也能挡住P1、P2的像。 A N N' P4 P3 7.记下P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4连一条直线BO'交bb'于O'点，连接OO'， OO'就是入射光线AO在玻璃砖 内的折射光线，折射角为θ2。 a a' O θ1 b b' P1 P2 8.用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小。 9.改变入射角θ1，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角。 O' θ2 B A N N' P4 P3 公司logo 公司logo 核心知识 数据分析 通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的正弦值，再代入n＝中求出多个n的值，然后取其平均值 01计算法 次数 入射角θ1 sin θ1 折射角θ2 sin θ2 的平均值 1             2           3           公司logo 公司logo 核心知识 求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出sin θ1-sin θ2 图像，由n=可知图像应为一条过原点的直线，如图所示，其斜率为玻璃砖的折射率。 02图像法 公司logo 公司logo 核心知识 若所给的实验器材中没有量角器，但有圆规和刻度尺，请分析以下两种处理方式如何测得玻璃的折射率。 (1) 以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于E、F点，再过E、F点作法线MN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)。  答案　根据几何关系知入射角的正弦值为sin i = ，折射角的正弦值为sin r = ，且EO=FO，根据折射定律可得玻璃的折射率n= = 公司logo 公司logo 思考与讨论 (2)如图，光沿AO从空气射入折射率为n的介质中，以O点为圆心、R为半径画圆，与折射光线的交点为B，过B点向两介质的交界面作垂线，交点为N，BN与AO的延长线的交点为M。以O点为圆心，OM(设为r)为半径画另一圆。则玻璃的折射率n=　　。  答案　如图所示，设入射角为θ1，折射角为θ2，n = ， θ1=∠OMN，θ2=∠OBN，sin θ1= ，sin θ2= ， 所以n= = 。 在测量玻璃的折射率实验中，若不能直接获取折射角和入射角，可通过作图找出几何关系，将入射角、折射角的正弦值之比转化为距离之比。 公司logo 公司logo 提炼与总结 误差分析 系统误差主要来源于确定光路的过程。 偶然误差主要来源于角度的测量及运算求解的过程。 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 所用玻璃砖要适当厚一些。 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 大头钉应竖直插在白纸上，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。 4 实验中入射角不宜过小或过大。 5 公司logo 公司logo 核心知识 1.如图所示，在“测量玻璃的折射率”实验中，先在白纸上画一条直线aa'代表两种介质的分界面；画出一直线段AO代表入射光线，然后画出过O点处的法线MN。放好玻璃砖，aa'和bb'分别是玻璃砖与空气的两个界面，在玻璃砖一侧的直线AO上竖直地插上两枚大头针P1和P2。 (1)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 例题 (2)过　　　　　画直线与界面 bb'相交于O'点，连接OO'即可得到玻璃砖内折射光线的路径，在图上完成光路图。  P3、P4 (3)实验中需要测量的物理量有_______(用符号表示，并在图上标出)。  θ1、θ2 (4)折射率n=　 　　[利用(3)中测量的物理量的字母表示]。  θ2 O' (2)根据光的折射定律，画出光路图如图所示 则需要过P3、P4画直线与界面 bb'相交于O'点。 (3)由折射率等于入射角的正弦值比折射角的正弦值，如图所示，需要测量AO与MN的夹角θ1和OO'与MN的夹角θ2。 (4)根据折射率公式得玻璃的折射率为n=。 2.(2025·来宾市高二期中)如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率。 (1)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度　　(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。  (2)在该实验中，光线由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示，从图线可知玻璃砖的折射率是　 　。 大 1.5 (3)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图中①、②所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确，且均以aa'、bb'为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比　　 (填“偏大”“偏小”或“不变”)；乙同学测得的折射率与真实值相比______(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  偏小 不变 (1)为了减小折射角的测量误差，应使折射光线适当长些，即应选用宽度大的玻璃砖来测量。 (2)根据折射定律n=，可知图像斜率的倒数等于n，即n===1.5 (3)甲同学所作折射光线(虚线)与实际折射光线(实线) 如图所示，此时所测折射角比实际折射角偏大，所以 甲同学测得的折射率与真实值相比偏小。虽然乙同学 所用的是梯形玻璃砖，但在操作正确的情况下不影响入射角和折射角的测量，所以乙同学测得的折射率与真实值相比不变。 3.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，结果均保留两位有效数字)  1.2 2.5×108 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=， 则sin r=，折射率n=≈1.2 光在玻璃砖中的传播速度v==2.5×108 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 θ1－sin θ2图像，图像为直线，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 数据处理 误差分析 注意事项 本课结束 Keep Thinking! $