【高中物理】光的折射：測定玻璃的折射率 高二 物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

實(shí)驗(yàn)：測定玻璃的折射率光的折射3.會計(jì)算折射率及折射率的平均值．學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道測定玻璃的折射率的原理、方法和步驟.2.知道實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因和減小誤差的方法.ir入射角折射角法線介質(zhì)空氣分界面

實(shí)驗(yàn)原理玻璃磚、白紙、木板、大頭針?biāo)拿?、圖釘(3～4枚)、量角器、直尺、鉛筆．實(shí)驗(yàn)器材玻璃磚iraba’b’1．把白紙用圖釘釘在木板上．2．用直尺畫一條平行于玻璃磚一個(gè)面的一條線aa′作為界面，

過aa′上一點(diǎn)O作垂直于aa′的直線NN′作為法線，過O點(diǎn)畫

一條入射光線AO，使入射角θ1適當(dāng)大些．3．在AO線上豎直地插兩枚大頭針P1、P2，在白紙上放上被測玻璃磚，使玻璃磚的一個(gè)面與aa′重合．4．沿玻璃磚的另一側(cè)面用直尺畫一條直線bb′.5．在玻璃磚bb′一側(cè)白紙上豎直地立一枚大頭針P3，調(diào)整視線，同時(shí)移動(dòng)大頭針P3的位置，當(dāng)P3恰好能同時(shí)擋住玻璃磚aa′一側(cè)所插的大頭針P1、P2的像時(shí)，把大頭針P3豎直插好．6．在玻璃磚bb′一側(cè)再豎直地插一枚大頭針P4，使P4能擋住P3本身，同時(shí)也能擋住P1、P2的像．7．記下P3、P4的位置，移去玻璃磚，拔去大頭針，過P3、P4連一條直線BO′交bb′于O′點(diǎn)，連接OO′，OO′就是入射光線AO在玻璃磚內(nèi)的折射光線，折射角為θ2.8．用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大?。?．改變?nèi)肷浣铅?，重復(fù)上面的步驟再做三、四次，量出相應(yīng)的入射角和折射角．實(shí)驗(yàn)步驟數(shù)據(jù)處理計(jì)算法

多次測量求平均值數(shù)據(jù)處理ir

單位圓法數(shù)據(jù)處理圖像法入射角i(°)折射角r(°)100.176.70.12200.3413.30.23300.5019.60.34400.6425.20.43500.7630.70.51600.8735.10.57700.9438.60.62800.9840.60.65sinr

0.10.20.30.40.50.20.40.60.81.00.60.70數(shù)據(jù)處理ir圖像法單位圓法攜手

0

斜率k=n尺行天下不需要測量角度，不需要計(jì)算正弦值。一把尺子就夠了！玻璃磚iraba’b’誤差探究與分析探究一大頭針為什么必須豎直插？

探究二

光路可逆玻璃磚iraba’b’誤差探究與分析探究三

實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角大一些好還是小一些好？玻璃磚iraba’b’誤差探究與分析探究四

請問玻璃磚的寬度寬一些好還是窄一些好？玻璃磚iraba’b’誤差探究與分析探究五

請問玻璃磚的bb’面一定要與aa’面平行嗎？圓柱形

誤差探究與分析探究六請問其他形狀的玻璃磚也可以用插針法測量嗎？畫一畫！上邊界向上平移誤差探究與分析探究七玻璃磚iraba’b’

真實(shí)測量

邊界平移探究七玻璃磚iraba’b’

真實(shí)測量

下邊界向下平移誤差探究與分析邊界平移玻璃磚iraba’b’

真實(shí)測量

上下邊界向外平移探究七誤差探究與分析邊界平移玻璃磚iraba’b’

真實(shí)測量

上下邊界向內(nèi)平移探究七誤差探究與分析邊界平移ir真實(shí)測量玻璃磚ir誤差探究與分析玻璃磚平移探究八誤差探究與分析探究九玻璃磚旋轉(zhuǎn)玻璃磚irir

真實(shí)測量測量

?1.971.461.392.731.731.15特殊值法不等式法y=sinxo

xi

r

bb+ca+da

相似三角形法y=sinxo

xi

r

bb+ca+daeffg

ir入射角折射角法線玻璃空氣分界面

作圖法

誤差探究與分析探究九玻璃磚旋轉(zhuǎn)玻璃磚irir

真實(shí)測量測量

誤差探究與分析探究十法線未與邊界垂直玻璃磚ir真實(shí)測量

誤差探究與分析探究十法線未與邊界垂直玻璃磚ir真實(shí)測量

誤差探究與分析關(guān)鍵真實(shí)的入射角和折射角找準(zhǔn)和明確測量的入射角和折射角在用插針法測玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)方法和步驟完全正確，但測后發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個(gè)光學(xué)面不平行，則________．A．入射光線與出射光線一定不平行，測量值偏大B．入射光線與出射光線一定不平行，測量值偏小C．入射光線與出射光線一定不平行，測量值仍然正確D．入射光線與出射光線可能平行，測量值仍然正確

跟我走大顯身手例1跟我走大顯身手例2“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，在白紙上放好玻璃磚，aa′和bb′分別是玻璃磚與空氣的兩個(gè)界面，如圖4所示．在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，用“＋”表示大頭針的位置，然后在另一側(cè)透過玻璃磚觀察，并依次插上大頭針P3和P4.(1)在插P3和P4時(shí)，應(yīng)使________(選填選項(xiàng)前的字母)．A．P3只擋住P1的像B．P4只擋住P3C．P3同時(shí)擋住P1、P2的像D．P4擋住P3及P1、P2的像(2)按(1)中的做法確定大頭針P3和P4的位置，請將光路圖補(bǔ)充完整，并在圖中標(biāo)出需要測量的量，則玻璃磚的折射率可表示為n＝________.(用圖中標(biāo)出的測量量表示)

ir

在用插針法做“測定玻璃磚折射率”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)先在白紙上畫出一直線并讓待測玻璃磚一界面ab與線重合放置，再進(jìn)行插針觀察，如圖6所示，梯形abcd是其水平截面的邊界線，而A、B、C、D為該同學(xué)在某次實(shí)驗(yàn)時(shí)插入的4枚大頭針的位置情況．(1)請?jiān)趫D中完成測量玻璃磚折射率的有關(guān)光路圖，并標(biāo)出入射角α和折射角β；(2)用α和β寫出計(jì)算折射率的公式n＝________.(3)若所畫的cd線比實(shí)際界面向外平移了一些，則測得的折射率將________(選填“偏小”“不變”或“偏大”)．偏大

跟我走大顯身手例3在做“插針法測定玻璃磚的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，對于如圖所示的梯形玻璃磚(兩個(gè)光學(xué)面不平行)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能是下列圖中的________．(請選擇一個(gè)正確答案)

味道江湖

1在“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，(1)操作步驟如下：①先在白紙上畫出一條直線aa′代表兩種介質(zhì)的界面，過aa′上的O點(diǎn)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，使它的長邊跟aa′對齊．③在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像．調(diào)整視線方向，直到P1的像被P2的像擋?。僭谟^察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像，記下P3、P4的位置．④移去大頭針和玻璃磚，連接P3、P4作為折射光線，測量出入射角θ1與折射角θ2，填入表格中．上述操作步驟中存在嚴(yán)重的缺漏，應(yīng)做的補(bǔ)充是______________________________________________________________________________________________________________________________________________.步驟②中應(yīng)在白紙上畫出玻璃磚的另一個(gè)界面bb′，步驟④中應(yīng)令P3、P4的連線與bb′的交點(diǎn)為O′，連接O′和aa′上的入射點(diǎn)O，作出玻璃磚中的光線OO′.味道江湖

2(2)實(shí)驗(yàn)中測出了多組入射角θ1與折射角θ2，并作出了sinθ1－sinθ2的圖象如圖所示，則下列說法正確的是________．A．實(shí)驗(yàn)時(shí)，光線是由空氣射入玻璃B．實(shí)驗(yàn)時(shí)，光線是由玻璃射入空氣C．玻璃的折射率為0.67D．玻璃的折射率為1.5

如圖所示，某同學(xué)做“測定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)時(shí)，完成光路圖后，由于沒有量角器，借助圓規(guī)以O(shè)為圓心畫圓，該圓交入射光線于A點(diǎn)，交OO′連線延長線于C點(diǎn)．分別過A點(diǎn)、C點(diǎn)作法線NN′的垂線AB、CD交NN′于B點(diǎn)、D點(diǎn)，請用刻度尺測量并計(jì)算得到此玻璃的折射率n＝________.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)1.5味道江湖

3如圖所示，某同學(xué)用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率．先在平鋪的白紙上放半圓形玻璃磚，用鉛筆畫出直徑所在的位置MN、圓心O以及玻璃磚圓弧線(圖中半圓實(shí)線)；再垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心O；最后，在玻璃磚圓弧線另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像．移走玻璃磚，作出與圓弧線對稱的半圓虛線，過O點(diǎn)作垂直于MN的直線作為法線；連接OP2P1，交半圓虛線于B點(diǎn)，過B點(diǎn)作法線的垂線交法線于A點(diǎn)；連接OP3，交半圓實(shí)線于C點(diǎn)，過C點(diǎn)作法線的垂線交法線于D點(diǎn)．(1)測得AB的長度為l1，AO的長度為l2，CD的長度為l3，DO的長度為l4.計(jì)算玻璃磚折射率n的公式是n＝________(選用l1、l2、l3或l4表示)．(2)該同學(xué)在插大頭針P3前，不小心將玻璃磚以O(shè)為軸心順時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度，該同學(xué)測得的玻璃磚折射率將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)．

真實(shí)法線測量計(jì)算時(shí)的法線偏大味道江湖

4味道江湖

1某同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個(gè)界面aa′和bb′后，不小心碰了玻璃磚使它向aa′方向平移了少許，如圖所示．則他測出的折射率將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)．乙同學(xué)在畫界面時(shí)，不小心將兩界面aa′、bb′間距畫得比玻璃磚寬度大些，如圖所示，則他測得的折射率將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)．偏小真實(shí)折射光線測量計(jì)算時(shí)的折射光線味道江湖

5利用插針法測玻璃的折射率，實(shí)驗(yàn)中先將玻璃磚固定在水平桌面上的白紙上，畫出玻璃磚兩側(cè)界面MN、PQ，在玻璃磚的一側(cè)插好大頭針P1、P2后，某同學(xué)發(fā)現(xiàn)在P1、P2的同側(cè)通過玻璃磚在如圖所示位置也可觀察到P1、P2的像，于是他在白紙上插大頭針P3，