选修34实验测定玻璃的折射率教学案

1、一、实验十四：测定玻璃的折射率(一)实验目的：_。(二)实验原理本实验是利用“插针法”来确定光路。具体的讲是，用“插针法”来确定两个界面的入射光线和出射光线，如图中和，由入射光线与界面交于图中O点即入射点，出射光线与界面交于图中点即为出射点，连接即是光在玻璃砖内的折射线，过O点作出法线，用量角器量出入射角i和折射角r，如图所示，利用_，求出n(三)实验器材玻璃砖，白纸，木板，大头针，图钉，量角器，三角板，铅笔。图14-1（一）、实验步骤： 1.将白纸用图钉按在绘图板上. 2.在白纸上画出一条直线作为界面(线)，过上的一点画出界面的法线，并画一条线段作为入射光线. 3.把长方形玻璃砖放在白纸上，

2、使它的长边跟对齐，画出玻璃砖的另一边. 4.在直线上竖直插上两枚大头针、，透过玻璃砖观察大头针、的像，调整视线方向，直到档住的像.再在观察的这一侧插两枚大头针、，使档住、的像，档住及、的像，记下、的位置. 5 .移去大头针和玻璃砖，过、所在处作直线，与交于，直线就代表了沿方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向. 6.连接，入射角，折射角' .用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中.7.用上述方法分别求出入射角分别为300、450、600时的折射角，查出它们的正弦值，填人表格中. 8.算出不同入射角时的比值，最后求出在几次实验中所测的平

3、均值，即为玻璃砖折射率的测量值.（二）、注意事项： 1.实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且和之间、与点之间、与之间、与之间距离要稍大一些.2.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.3.在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面.更不能用玻璃砖界面代替直尺画界线.4.在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变.5.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.（三）、其他数据处理方法此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代人中求玻璃的折射率.除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法：1. 在找到人射

4、光线和折射光线以后，以入射点为圆心，以任意长为半径画圆，分别与交于点，与(或的延长线)交于点，过、两点分别向作垂线，交于、 ，用直尺量出和的长.如图14-3-3所示.图14-2 由于， 而CO=DO，所以折射率重复以上实验，求得各次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值. 2.根据折射定律可得 因此有 在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以值为横坐标，以值为纵坐标建立直角坐标系.如图实14-3所示.图14-3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，设斜率为，则. 故玻璃砖折射率（四）、误差来源及分析1.确定入射光线和出射光线时存在误差.2.

5、测量入射角和折射角时存在测量误差.用三棱镜测定玻璃折射率的实验中，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2.然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针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所示。图14-4 (1)在本题的图14-4上画出所需的光路；(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是_和_，在图上标出它们；(3)计算折射率的公式是n=_。 (1)如图实14-5所示，画出通过P1和P2、P3和P4的光线，分别与AC、AB边交于O、O点，连结OO。图14-5(

6、2)过O点作AC的法线，标明入射角1和折射角2，并画出虚线部分，测出入射角1和折射角2(或线段EF、OE、GH、OG的长度)。(3)n=(或n=/=·，若作图时取OG=OE，则n=，可以简化计算)。用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，某同学画好玻璃砖的界面和后，实验过程中不慎将玻璃砖向上平移了一些，如图实14-6所示，而实验的其它操作均正确，则测得的折射率将( ).偏大.偏小图14-6.不变图14-7.无法确定解析：该同学确定好了四枚大头针的位置以后，把玻璃砖移走，是按原来画好的两个界面和作光路图的，如图实14-7所示，入射点为，出射点为，即他认为玻璃砖内的折射光线是。而由于做

7、实验过程中，把玻璃砖线上平移到了如图所示的位置上，入射到玻璃砖上表面的光线其实在玻璃砖上表面的点就发射了折射，玻璃砖内的折射光线其实是沿方向的，出射点为。由几何知识可以证明，、和四个点正好构成一个平行四边形，即和是平行的，则对于玻璃砖折射率的计算结果是没有影响的，所以答案为。命题解读：这其实就是一个实验误差的分析问题，用到了光的折射和几何知识。同样的方法可以分析，放置玻璃砖时如果倾斜了，误差将会是怎样的？1.测定玻璃的折射率时,为了减小实验误差,应该注意的是(    )A.玻璃砖的宽度应大些B.入射角应尽量小些C.大头针应垂直地插在纸面上D.大头针、及、之间的距离

8、应适当大些2.某同学用插针法测定玻璃的折射率n,如图实14-7所示,他的实验方法和操作步骤正确无误，但事后发现玻璃砖的两个光学面与不平行.那么下列说法正确的是（ ）图14-7A. 、与、两条直线一定不平行B. 、与、两条直线一定平行C.他测出的值一定偏大D.他测出的值不受影响3··· A y M O x P1 P2 P3如图实14-8，画有直角坐标系Oxy的白纸位于水平桌面上，M是放在白纸上的半圆形玻璃砖，其底面的圆心在坐标的原点，直边与x轴重合，OA是画在纸上的直线，图14-8为竖直地插在直线OA上的两枚大头针， 是竖直地插在纸上的第三枚大头针，是直线OA与y轴

9、正方向的夹角，是直线与轴负方向的夹角，只要直线OA画得合适，且的位置取得正确，测得角和，便可求得玻璃得折射率。 某学生在用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的直线OA上竖直插上了两枚大头针，但在y<0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到的像，他应该采取的措施是_.若他已透过玻璃砖看到了的像，确定位置的方法是_.若他已正确地测得了的的值，则玻璃的折射率n=_.4.如图实14-9所示：一半圆形玻璃砖外面插上、四枚大头针时，、恰可挡住、所成的像，则该玻璃砖的折射率_有一同学把大头针插在、位置时，沿着、的方向看不到大头针的像，其原因是_图14-95如图实14-10所示，是利用插针法测

10、定玻璃砖的折射率的实验得到的光路图玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行，则（1）出射光线与入射光线 (填仍平行或不再平行)（2）以入射点O为圆心，以R=5cm长度为半径画圆，与入射线PO交于M点，与折射线OQ交于F点，过M、F点分别向法线作垂线，量得Mn=1.68cm，EF=1.12cm,则该玻璃砖的折射率n= 图14-106.某校开展研究性学习，某研究小组根据光学知识，设计了一个测液体折射率的仪器.如图实14-11，在一个圆盘上，过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF.在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针、并保持位置不变.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

11、相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察、.同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值.（1）若AOF=30°，OP3与OC之间的夹角为30°，则P3处刻的折射率的值 .（2）图中、那一处对应的折射率大？（3）做AO的延长线交圆周于K，K处对应的折射率为 .图14-12图14-117.某同学由于没有量角器，他在完成了光路图以后，以点为圆心、10.00 cm长为半径画圆，分别交线段于点，交、连线延长线于点.过点作法线的垂线交于点，过点作法线的垂线交于点，如图实14-12所示.用刻度尺量得=8.00 cm, =4.00 cm.由此可得出玻璃折射率=_.图14-138.如图实14-13所示，一个学生按照课本上的小实验用广