2019-2020年高中物理（SWSJ）教科版选修3-4教学案：第四章 第2节 学生实验：测定玻璃的折射率(含答案)

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1、2019-2020年高中物理（SWSJ）教科版选修3-4教学案：第四章第2节学生实验：测定玻璃的折射率(含答案)一、实验目的(1)会用“插针法”确定光路。(2)会对实验数据进行处理和误差分析。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n＝。三、实验器材长方形玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。四、实验步骤(1)先在白纸上画一条直线EE′，代表两种介质的分界面；再画出一直线段AB作为入射光线，然后画出分界面上B处的法

2、线NN′，如图4－2－1所示。图4－2－1(2)把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与EE′对齐，用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动。将玻璃砖取下，画出直线FF′代表玻璃砖的另一边。(3)在直线AB上竖直插上两枚大头针G1、G2，放回玻璃砖，然后透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像，调整视线方向，直到G1的像被G2挡住。(4)在观察的这一侧竖直地插上两枚大头针G3和G4，用G3挡住G1、G2的像，用G4挡住G3以及G1、G2的像。(5)移去大头针和玻璃砖，过G3、G4的插点画直线CD，与FF′相

3、交于C点，直线CD就表示沿直线AB入射的光线透过玻璃砖后的光线，连接BC，BC就是玻璃砖内的折射光线的路径。(6)用量角器量出入射角i和折射角r，查出入射角和折射角的正弦值。(7)通过上面的步骤分别测出入射角是15°、30°、45°、60°、75°时的折射角，并查出相应的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中。入射角i15°30°45°60°75°sini折射角rsinr五、数据处理(1)计算法：把上述实验数据分别由n＝计算出n1、n2、n3…，求出平均值即为玻璃砖折射率的测量值。(2)图像法：因sinr＝sini，所以

4、可把上面的数据以sini值为横坐标、以sinr值为纵坐标，建立直角坐标系，如图4－2－2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，设斜率为k，则k＝，故玻璃砖折射率n＝。图4－2－2(3)尺规法：经过入射点画出玻璃界面的法线NN′，以入射点B为圆心，适当长度为半径画圆，入射光线、折射光线与圆周交于A和C，由点A、C向法线作垂线，分别交法线NN′于A′、C′点，如图4－2－3所示。图4－2－3测出垂线的长度AA′和CC′。则玻璃的折射率可表示为n＝。六、注意事项(1)玻璃砖的折射面EE′必须画准确，然后再

5、确定法线。(2)操作时不能用手触摸玻璃砖的光洁的光学面，更不能用玻璃砖代替直尺画线，以免划伤玻璃砖表面。(3)实验时，要尽可能地将大头针竖直地插在纸上，且G1和G2之间，G2和B之间，G3和G4之间的距离要稍大一些。要透过玻璃砖看大头针的像，而不是看玻璃砖上面的大头针的头部。(4)入射角不宜太大，也不宜太小，但要适当大一些，以减小测量角度的误差。(5)在实验过程中，玻璃砖和白纸的位置不能改变。(6)玻璃砖要选宽度较大的，宜在5cm以上。七、误差分析(1)插针过程中针的位置不恰当导致画光路图时出现误差，如两针间的距离过小、两

6、针的连线取向不当致使入射角过大或过小等。(2)画玻璃砖两边线EE′和FF′时出现误差。如两边线间距离比玻璃砖实际宽度偏大或偏小。(3)玻璃砖和白纸的位置移动使入射角和折射角偏大或偏小出现误差。(4)在用量角器测量入射角和折射角读数时出现误差。(5)观察G1、G2的像，确定G3、G4位置时可能出现误差。八、它案设计插针法的作用是找出玻璃砖内的光路，其关键是确定入射点和出射点，而入射点和出射点是利用插针后确定的直线与界面直线相交而得到的，故实验的关键是插准大头针，画准玻璃砖边界线，而与所选玻璃砖两边平行与否无关。如用半圆形、圆

7、形或三角形玻璃砖，均可测出其折射率，光路如图4－2－4所示。图4－2－4实验原理与方法的考查[典题例析]1．某同学用插针法测定玻璃砖的折射率，他的实验方法和操作步骤正确无误，但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa′与bb′不平行，如图4－2－5所示，则(　　)图4－2－5A．AO与O′B两条直线平行B．AO与O′B两条直线不平行C．他测出的折射率偏大D．他测出的折射率不受影响解析：有题图可知，在光线由aa′面进入玻璃砖的偏折现象中，由折射定律知：n＝。在光线由bb′射出玻璃砖的现象中，同理n＝。若aa′与bb′平行，

8、则i＝β，因此α＝r，此时入射光线AO与出射光线O′B平行。若aa′与bb′不平行，则i≠β，因此α≠r。此时入射光线AO与出射光线O′B不平行，选项B正确。在具体测定折射率时，要求实验方法、光路均准确无误，折射率的测量值应不受aa′与bb′是否平行的影响，选项D正确。答案：BD实验操作和数据处理[典题