4.2 测量介质的折射率 课件-2026-2027学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦“测量介质的折射率”，围绕插针法实验展开，通过“如何测折射率”“确定折射光线及入射、出射光线”等问题导入，衔接光的折射定律，为实验操作构建认知支架。 其亮点在于以科学探究为主线，实验步骤含操作规范，数据处理提供平均值法、图像法（sin i-sin γ图像求斜率）、单位圆法（几何关系简化计算），误差分析具体。结合科学思维（模型建构、科学推理）和物理观念，如典例中单位圆法用AC/BD计算折射率，提升学生实验能力与思维，教师可借丰富案例优化教学。

第四章 光及其应用 粤教版 选择性必修一 第二节 测量介质的折射率 1 玻璃是一种透明介质，光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射，如何把玻璃的折射率测出来？ 测定介质的折射率 怎样确定在玻璃里的折射光线 OO′？ 怎样确定入射光线 AO 、出射光线 O′D？ 2 (三)实验器材 木板、白纸、图钉、长方形玻璃砖、大头针、铅笔 量角器、三角板(或直尺) (一)实验目的 测定玻璃的折射率。 (二)实验原理 用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的出射光线，用量角器测入射角i和折射角r，根据折射定律计算出玻璃的折射率 实验：插针法测定介质的折射率 3 (1)如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上； (四)实验步骤 a a’ O A (2)在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)，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； (3)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′; b b’ 实验：插针法测定介质的折射率 N N’ 在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线． 4 (4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2， 透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像， 再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置； a a’ O A b b’ N N’ P2 P1 P4 P3 (5)移去玻璃砖和大头针，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时记下它们的位置。 过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′； a a’ O A b b’ N N’ P2 P1 P4 P3 a a’ b b’ O N N’ A P2 P4 P3 O’ B (6)连接OO′，入射角i＝∠AON，折射角γ＝∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角，查出它们的正弦值并记录数据； (7)改变入射角，重复实验5次． P1 实验：插针法测定介质的折射率 7 (五)数据处理 实验：插针法测定介质的折射率 方法一：平均值法 求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率． 方法二：图像法 求出表格中对应的入射角和折射角的正弦值，以sin γ值为横坐标、以sin i值为纵坐标，建立直角坐标系，如图 所示．描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线． 求解图线斜率k，则k＝＝n，故玻璃砖折射率 n＝k． 若以sin γ值为纵坐标、以sin i值为横坐标呢？ n＝ 8 方法三：单位圆法 在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OE(或OE的延长线)交于D点，过C、D两点分别向N′N作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长． 由于sin i＝，sin γ＝，而CO＝DO， 所以折射率n＝＝． (五)数据处理 9 (1)入射光线和出射光线确定得不够精确 玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。 尽可能将大头针竖直插在纸上，且P2、P3应靠近玻璃砖， P1与P2 、 P3与P4之间的距离尽可能远一些; (2)入射角和折射角的测量造成误差 入射角应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小（若过大，大头针P1、P2 射入玻璃中的光线量减少，反射光增强折射光减弱，且色散较严重，由玻璃砖对面看大头针的虚像将变得暗淡、模糊、较粗，不利于瞄准插大头针P3、P4 ）（若过小，折射角小，误差大） (六)误差分析 在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变; 10 [典例1] 在“测定玻璃的折射率”实验中： (1)如图甲所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中， 下列说法正确的是________． A．可以用手触摸光学表面，不会影响测量 B．为减少测量误差，P1、P2的连线与法线NN′的夹角应尽量小些 C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些 D．bb′界面一定要与aa′平行，否则会有误差 C (2)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________(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量． 大 (3)在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图乙所示，从图线可知玻璃砖的折射率是______ (4)该实验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，如图丙所示，以入射点O为圆心作圆，与入射光线P1O、折射光线OO′的延长线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，则玻璃的折射率n＝________(用图中线段的字母表示)；进一步测得所需数据分别为1.68 cm和1.12 cm，则该玻璃砖的折射率数值为________． 1.5 1.5 【典例2】　在“测定玻璃的折射率”的实验中，如图甲所示，某同学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所在直线aa′和bb′(图中并未直接画出具体位置)．O为直线AO与aa′的交点，在直线AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针． (1)该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 【典例2】　“测定玻璃的折射率”的实验 (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＝________． (3)实验时，该同学为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的bb′比实际的折射面向外侧平移了一些(如图乙所示)，以后的操作都正确无误，并仍以aa′和bb′为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的值将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．请作图说明原因． 偏小 【典例2】　“测定玻璃的折射率”的实验 (4)以往，已知材料的折射率都为正值(n>0)．现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n<0)，称为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射角i与折射角γ依然满足＝n，但是折射光线与入射光线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)．若该材料对于电磁波的折射率n＝－1, 正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是____________． A　　　　　　B　　　　 　　C　　　　　　　D B 真题演练 (2023广东) 6.某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率，实验过程如下： （1）将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界 （2）①激光笔发出的激光从玻璃砖上的点水平入射，到达面上的点后反射到 点射出．用大头针在白纸上标记点、点和激光笔出光孔的位置 ②移走玻璃砖，在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作连线的延长线与 面的边界交于点，如图（a）所示 已用刻度尺测量的长度为 的长度为 （3）利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式 ；由测得的数据可得折射率为 . （结果保留3位有效数字） （4）为了减小测量的相对误差，实验中激光在点入射时应尽量使入射角 。 1.51 稍小一些 练习：学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示。在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF 作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值，则： (1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为________。 (2)图中P3、P4两位置________处所对应的折射率大。 (3)作AO的延长线交圆周于点K，点K处所对应的折射率的值应为________。 答案：(1)　(2)P4　(3)1 真题演练 （2021·全国·高考真题）用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路、C、D两个大头针确定出射光路，O和分别是入射点和出射点，如图（a）所示。测得玻璃砖厚度为，A到过O点的法线的距离，M到玻璃砖的距离，到的距离为。 （ⅰ）求玻璃砖的折射率； $