4.1+專題+實驗：測量玻璃的折射率+課件+【知識專講精研】高二上學期物理滬教版（2019）選擇性必修第一冊

第四章光及其應用實驗：測量玻璃的折射率教學目標CONTENT010203知道實驗的注意事項，會進行實驗的誤差分析會對數(shù)據(jù)進行處理掌握測量折射率的原理和步驟新課引入真的是鉆石嗎？材料的折射率是光學材料的重要指標。例如，在制造汽車擋風玻璃時，對折射率和形狀都有十分嚴格的要求;在鉆石鑒定過程中，常常根據(jù)折射率的大小來判斷鉆石的真?zhèn)?。根?jù)折射定律可以測量玻璃的折射率。汽車擋風玻璃（1）測量玻璃的折射率。（2）學習用插針法確定光路。木板、白紙、玻璃磚、大頭針、量角器、刻度尺、鉛筆。實驗目的：實驗器材：如圖所示，用插針法確定光路，找出跟入射光線對應的出射光線，用量角器測出入射角θ1和折射角θ2，

根據(jù)折射定律計算出玻璃的折射率

n＝sin

θ1/sin

θ2。實驗原理與設計：進行實驗與搜集證據(jù)：1.在白紙上畫一直線aa'作為界面，過aa'上的一點O畫出界面的法線NN'，并畫一條線段AO作為入射光線。2.把長方形玻璃磚放在白紙上，并使其長邊與aa'重合，再用刻度尺畫出玻璃磚的另一邊bb'。3.在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2。4.從玻璃磚bb'一側(cè)透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線的方向直到P1的像被P2的像擋住。再在bb'一側(cè)插上兩枚大頭針P3、P4，使P3能擋住P1、P2的像，P4能擋住P3本身及P1、P2的像。5.移去玻璃磚，在拔掉P1、P2、P3、P4的同時分別記下它們的位置，過P3、P4作直線交bb'于點O'。連接OO'，OO'就是玻璃磚內(nèi)折射光線的方向。∠AON為入射角，∠O'ON'為折射角。θ1θ21.計算法用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。算出不同入射角時的

，并取平均值。2.作sinθ1-sinθ2圖像改變不同的入射角θ1，測出不同的折射角θ2，作sinθ1-sinθ2圖像，由n=

可知圖像應為直線，如圖所示，其斜率為玻璃的折射率。數(shù)據(jù)處理與分析：3．單位圓法在找到入射光線和折射光線以后，以入射點O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點，與OO′交于D點，過C、D兩點分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的長。如圖所示。

1.用手拿玻璃磚時，手只能接觸玻璃磚的毛面或棱，不能觸摸光潔的光學面，嚴禁把玻璃磚當尺子畫玻璃磚的另一邊bb′.2.實驗過程中，玻璃磚在紙上的位置不可移動.3.大頭針應豎直地插在白紙上，且玻璃磚每兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應大一點，以減小確定光路方向時造成的誤差.4.實驗時入射角不宜過小，否則會使測量誤差過大，入射角也不宜過大，否則在bb′一側(cè)將看不到P1、P2的像.注意事項：5.由于要多次改變?nèi)肷浣侵貜蛯嶒?，所以入射光線與出射光線要一一編號，以免混亂.6.玻璃磚應選用寬度較大的，宜在5cm以上，若寬度太小，則測量誤差較大.實驗視頻：典例精析例1、一塊玻璃磚有兩個相互平行的表面，其中一個表面是鍍銀的（光線不能通過此表面）.現(xiàn)要測定此玻璃磚的折射率.給定的器材還有：白紙、鉛筆、大頭針4枚（P1、P2、P3、P4）、帶有刻度的直角三角板、量角器.實驗時，先將玻璃磚放到白紙上，使上述兩個相互平行的表面與紙面垂直.在紙上畫出直線aa′和bb′，aa′表示鍍銀的玻璃表面，bb′表示另一表面，如圖所示.然后，在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2（位置如圖）.用P1、P2的連線表示入射光線.（1）為了測量折射率，應如何正確使用大頭針P3、P4？試在題圖中標出P3、P4的位置.（2）然后，移去玻璃磚與大頭針.試在題圖中通過作圖的方法標出光線從空氣到玻璃中的入射角θ1與折射角θ2.簡要寫出作圖步驟.（3）寫出用θ1、θ2表示的折射率公式n=

.解析：（1）在bb′一側(cè)觀察P1、P2（經(jīng)bb′折射，aa′反射，再經(jīng)bb′折射）的像，在適當?shù)奈恢貌迳螾3，使得P3與P1、P2的像在一條直線上，即讓P3擋住P1、P2的像；再插上P4，讓它擋住P1、P2的像和P3.P3、P4的位置如圖所示.（1）為了測量折射率，應如何正確使用大頭針P3、P4？試在題圖中標出P3、P4的位置.（2）然后，移去玻璃磚與大頭針.試在題圖中通過作圖的方法標出光線從空氣到玻璃中的入射角θ1與折射角θ2.簡要寫出作圖步驟.（3）寫出用θ1、θ2表示的折射率公式n=

.解析：（2）①過P1、P2作直線與bb′交于O；②過P3、P4作直線與bb′交于O′；③利用刻度尺找到OO′的中點M；④過O點作bb′的垂線CD，過M點作bb′的垂線與aa′相交于N，如圖所示，連接ON；⑤∠P1OD=θ1，∠CON=θ2.（3）由折射率的定義可得例2、

如圖所示，在一薄壁圓柱體玻璃燒杯中，盛上水或其他透明液體，中間豎直插入一根細直鐵絲，沿水平方向觀看，會發(fā)現(xiàn)鐵絲在液面處出現(xiàn)折斷現(xiàn)象，這是光的折射現(xiàn)象形成的.閱讀上述材料，回答下列問題：（1）①若把鐵絲插在

位置，無論沿水平方向從什么方向看，鐵絲均無折斷現(xiàn)象；②如圖所示的情景，與實際觀察到的情況相符的是（其中O為圓心）

.圓心O處BC（2）利用上述現(xiàn)象，用毫米刻度尺、三角板、三根細直鐵絲，可測液體折射率.實驗步驟是：①實驗如圖所示，用刻度尺測量找出燒杯直徑AB，并把刻度尺在刻度線的邊緣與AB重合后固定并測出半徑R.②將一根細鐵絲豎直固定于B處，用三角板找出過圓心O的垂直AB的直線，交杯緣于C，把一根細鐵絲豎直固定于C點.③

.④

.⑤

.完成上面的實驗步驟，填在相應橫線上.（3）利用上面的測量值，推算出折射率n的表達式（要有推算過程）.解析：（2）③把另一根鐵絲緊靠直尺AB邊移動，使其折射像與C處、B處的鐵絲三者重合.④測出鐵絲距B（或A）的距離.⑤求出折射率.（3）由上面實驗步驟知，P′是鐵絲在P時的像，PC為入射光線，θ1、θ2為對應的入射角和折射角，如圖所示，故液體的折射定律得一、實驗目的三、實驗原理與設計課堂小結(jié)二、實驗器材四、實驗步驟五、數(shù)據(jù)分析、實驗結(jié)論如圖所示，用插針法測定玻璃折射率的實驗中，以下各說法中正確的是（）

A.P1、P2及P3、P4之間的距離適當大些，可以提高準確度

B.P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些，可以提高準確度

C.入射角θ1適當大些，可以提高準確度

D.入射角太大，折射光線會在玻璃磚的內(nèi)表面發(fā)生全反射，使實驗無法進行跟蹤練習解析：折射光線是通過隔著玻璃磚觀察成一條直線確定的，大頭針間的距離太小，引起的角度會較大，故P1、P2及P3、P4之間的距離適當大些，可以提高準確度．A正確、B錯誤；入射角適當大些，相應的折射角也增大，折射現(xiàn)象較明顯，容易測量些，C正確；由于光通過玻璃磚時，各相關角度是互相制約著的，在平行玻璃磚中，其出射角恒等于入射角，而對于入射的界面，光線是從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，折射角必小于入射角，當入射角趨于最大值90°時，折射角也趨于最大值C（臨界角），而對于出射的界面，在玻璃磚內(nèi)的折射光線的入射角最大值也只能為C，根據(jù)光路可逆原理，出射角最大值也趨于90°，即始終能透過玻璃磚看到入射光線，D錯.答案：AC2.在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，甲、乙、丙三位同學在紙上畫出的界面aa′、bb′與玻璃磚位置的關系分別如圖，①、②和③所示，其中甲、丙兩同學用的是矩形玻璃磚，乙同學用的是梯形玻璃磚.他們的其他操作均正確，且均以aa′、bb′為界面畫光路圖.則甲同學測得的折射率與真實值相比

（填“偏大”“偏小”或“不變”）乙同學測得的折射率與真實值相比

（填“偏大”“偏小”或“不變”）.丙同學測得的折射率與真實值相比

（填“偏大”“偏小”或“不變”）.解析：用圖①測定折射率時，玻璃中折射光線偏折的偏大，故折射角偏大，折射率偏??；用圖②測折射率時，只要操作正確，與玻璃磚形狀無關；用圖③測折射率時，無法確定折射光線偏折的大小，所以測得的折射率可大、可小、可不變.答案：偏小不變可能偏大、可能偏小、可能不變3.用“插針法”測定透明半圓柱玻璃磚的折射率，O為玻璃磚截面的圓心，使入射光線跟玻璃磚的平面垂直，如圖所示的四個圖中P1、P2、P3和P4是四個學生實驗插針的結(jié)果.（1）在這四個圖中肯定把針插錯了的是

.（2）在這四個圖中可以比較準確地測出折射率的是

，計算玻璃的折射