4.1+专题+实验：测量玻璃的折射率+课件+【知识专讲精研】高二上学期物理沪教版（2019）选择性必修第一册

第四章光及其应用实验：测量玻璃的折射率教学目标CONTENT010203知道实验的注意事项，会进行实验的误差分析会对数据进行处理掌握测量折射率的原理和步骤新课引入真的是钻石吗？材料的折射率是光学材料的重要指标。例如，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;在钻石鉴定过程中，常常根据折射率的大小来判断钻石的真伪。根据折射定律可以测量玻璃的折射率。汽车挡风玻璃（1）测量玻璃的折射率。（2）学习用插针法确定光路。木板、白纸、玻璃砖、大头针、量角器、刻度尺、铅笔。实验目的：实验器材：如图所示，用插针法确定光路，找出跟入射光线对应的出射光线，用量角器测出入射角θ1和折射角θ2，

根据折射定律计算出玻璃的折射率

n＝sin

θ1/sin

θ2。实验原理与设计：进行实验与搜集证据：1.在白纸上画一直线aa'作为界面，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。2.把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa'重合，再用刻度尺画出玻璃砖的另一边bb'。3.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。4.从玻璃砖bb'一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb'一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P3本身及P1、P2的像。5.移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线交bb'于点O'。连接OO'，OO'就是玻璃砖内折射光线的方向。∠AON为入射角，∠O'ON'为折射角。θ1θ21.计算法用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。算出不同入射角时的

，并取平均值。2.作sinθ1-sinθ2图像改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sinθ1-sinθ2图像，由n=

可知图像应为直线，如图所示，其斜率为玻璃的折射率。数据处理与分析：3．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OO′交于D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长。如图所示。

1.用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面，严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb′.2.实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动.3.大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大一点，以减小确定光路方向时造成的误差.4.实验时入射角不宜过小，否则会使测量误差过大，入射角也不宜过大，否则在bb′一侧将看不到P1、P2的像.注意事项：5.由于要多次改变入射角重复实验，所以入射光线与出射光线要一一编号，以免混乱.6.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.实验视频：典例精析例1、一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的（光线不能通过此表面）.现要测定此玻璃砖的折射率.给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚（P1、P2、P3、P4）、带有刻度的直角三角板、量角器.实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直.在纸上画出直线aa′和bb′，aa′表示镀银的玻璃表面，bb′表示另一表面，如图所示.然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2（位置如图）.用P1、P2的连线表示入射光线.（1）为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？试在题图中标出P3、P4的位置.（2）然后，移去玻璃砖与大头针.试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤.（3）写出用θ1、θ2表示的折射率公式n=

.解析：（1）在bb′一侧观察P1、P2（经bb′折射，aa′反射，再经bb′折射）的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2的像；再插上P4，让它挡住P1、P2的像和P3.P3、P4的位置如图所示.（1）为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？试在题图中标出P3、P4的位置.（2）然后，移去玻璃砖与大头针.试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤.（3）写出用θ1、θ2表示的折射率公式n=

.解析：（2）①过P1、P2作直线与bb′交于O；②过P3、P4作直线与bb′交于O′；③利用刻度尺找到OO′的中点M；④过O点作bb′的垂线CD，过M点作bb′的垂线与aa′相交于N，如图所示，连接ON；⑤∠P1OD=θ1，∠CON=θ2.（3）由折射率的定义可得例2、

如图所示，在一薄壁圆柱体玻璃烧杯中，盛上水或其他透明液体，中间竖直插入一根细直铁丝，沿水平方向观看，会发现铁丝在液面处出现折断现象，这是光的折射现象形成的.阅读上述材料，回答下列问题：（1）①若把铁丝插在

位置，无论沿水平方向从什么方向看，铁丝均无折断现象；②如图所示的情景，与实际观察到的情况相符的是（其中O为圆心）

.圆心O处BC（2）利用上述现象，用毫米刻度尺、三角板、三根细直铁丝，可测液体折射率.实验步骤是：①实验如图所示，用刻度尺测量找出烧杯直径AB，并把刻度尺在刻度线的边缘与AB重合后固定并测出半径R.②将一根细铁丝竖直固定于B处，用三角板找出过圆心O的垂直AB的直线，交杯缘于C，把一根细铁丝竖直固定于C点.③

.④

.⑤

.完成上面的实验步骤，填在相应横线上.（3）利用上面的测量值，推算出折射率n的表达式（要有推算过程）.解析：（2）③把另一根铁丝紧靠直尺AB边移动，使其折射像与C处、B处的铁丝三者重合.④测出铁丝距B（或A）的距离.⑤求出折射率.（3）由上面实验步骤知，P′是铁丝在P时的像，PC为入射光线，θ1、θ2为对应的入射角和折射角，如图所示，故液体的折射定律得一、实验目的三、实验原理与设计课堂小结二、实验器材四、实验步骤五、数据分析、实验结论如图所示，用插针法测定玻璃折射率的实验中，以下各说法中正确的是（）

A.P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度

B.P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些，可以提高准确度

C.入射角θ1适当大些，可以提高准确度

D.入射角太大，折射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射，使实验无法进行跟踪练习解析：折射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的角度会较大，故P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度．A正确、B错误；入射角适当大些，相应的折射角也增大，折射现象较明显，容易测量些，C正确；由于光通过玻璃砖时，各相关角度是互相制约着的，在平行玻璃砖中，其出射角恒等于入射角，而对于入射的界面，光线是从光疏介质射入光密介质，折射角必小于入射角，当入射角趋于最大值90°时，折射角也趋于最大值C（临界角），而对于出射的界面，在玻璃砖内的折射光线的入射角最大值也只能为C，根据光路可逆原理，出射角最大值也趋于90°，即始终能透过玻璃砖看到入射光线，D错.答案：AC2.在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位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，①、②和③所示，其中甲、丙两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”）.丙同学测得的折射率与真实值相比

（填“偏大”“偏小”或“不变”）.解析：用图①测定折射率时，玻璃中折射光线偏折的偏大，故折射角偏大，折射率偏小；用图②测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用图③测折射率时，无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可大、可小、可不变.答案：偏小不变可能偏大、可能偏小、可能不变3.用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率，O为玻璃砖截面的圆心，使入射光线跟玻璃砖的平面垂直，如图所示的四个图中P1、P2、P3和P4是四个学生实验插针的结果.（1）在这四个图中肯定把针插错了的是

.（2）在这四个图中可以比较准确地测出折射率的是

，计算玻璃的折射