新教材粤教版选择性必修第一册测定介质的折射率学案

1、一、实验目的1 .测量玻璃的折射率。2 .学习用插针法确定光路。二、实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、刻度尺、量角器、铅笔。三、实验原理与设计当光从空气射入玻璃时，根据折射定律 血=n,测出入射角i和折射角%就可计算出sin 丫玻璃的折射率。如下图，透过玻璃砖观察大头针Pi、P2,调整视线方向，直到 P2的像挡住Pi的像。再在观察者同一侧依次插入大头针P3、P4,使P3挡住Pi、P2的像，P4挡住P3和Pi、P2的像。这样，Pi、P2以及P3、P4的连线分别代表入射光和经玻璃砖折射后射出的光，由此便可画 出光路图并测出入射角和折射角。四、实验步骤1 .把白纸固定在木板上，再将玻璃砖放在

2、白纸上。用铅笔描出界面aa'、bb',利用两枚大头针确定入射光的方向。如图（a）所示2 .用两枚大头针在玻璃砖的另一侧确定出射光的方向。如图（b）所示3 .取走玻璃砖，根据入射光和出射光的方向确定入射点O和出射点E,连接OE即为玻璃砖内部的折射光。画出过入射点O的法线NN '。如图（c）所示4 .根据画出的光路图测量入射角i、折射角填入设计的表格中。计算玻璃的折射率sin i n = c; ° sin 丫5 .重复以上实验步骤屡次，最后求出玻璃折射率的平均值。五、数据处理1 .计算法：通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，得出入射角和折射角的正弦值，再代入n

3、 = in-L中求屡次不同入射角时 n的值，然后取其平均值，即为玻璃砖的折射率。 sin 丫2 .图像法：求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出sin i-sin 丫图像，由门=贽可知图像应为直线，如下图，其斜率为折射率。3 .单位圆法：在不使用量角器的情况下，可以用画单位圆法。（i）以入射点O为圆心，以一定长度 R为半径画圆，交入射光线 OA于E点，交折射光 线OO'于E'点，过E作NN '的垂线EH ,过E'作NN '的垂线E ' H ',如下图。EHE' H'(2)由图中关系知 sin i=OE, sin 尸匕。

4、)，OE=OE' =R那么n =Sin-L= EH ,只要用刻度尺测出 EH、E' H'的长度就可以求出 n。 sin 丫 E H六、考前须知1 .实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且大头针之间及大头针与光线转折点之间 的距离要稍大一些。2 .入射角i应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大。3 .在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面。更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。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 5 cm以上。假设宽度太小，那么测量误差较大。七、实验误差1 .入射光线和出射光线画得不够精确。因此，要求

5、插大头针时两大头针间距应稍大。2 .入射角、折射角测量不精确。为减小测量角时的相对误差，入射角要稍大些，但不 宜太大，入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱。一、实验原理与操作例题1 (1)几位同学做“用插针法测定玻璃折射率的实验，如下图的直线aa'、bb'表示在白纸上画出的玻璃砖的两个界面。几位同学进行了如下操作：A.甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa'与bb'不平行，其他操作正确B.乙同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面aa'和bb'后，将玻璃砖向 aa '方向平移了少许，其他操作正确C.丙同学在白纸上画aa'、bb&#

6、39;两界面时，其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，其他操作正确上述几位同学的操作，对玻璃折射率的测定结果没有影响的是 (填写选项前的 字母)。(2)在用插针法测玻璃砖折射率的实3中，已确定好入射方向AO,插了两枚大头针 Pi和P2,如下图(是三条直线)。在以后的操作说法中你认为正确的选项是 。A.在bb'侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在线上B.保持O点不动，减小入射角，在 bb'侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在线上C.保持O点不动，增大入射角，在 bb'侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在线上解析(1)甲同学选定的玻璃砖两个

7、光学面 aa和bb不平行，不会影响入射角和折射角 确实定；乙同学将玻璃砖向 aa方向平移了少许，直线 aa'、bb之间的距离仍然等于玻璃砖 的厚度，入射角和折射角的大小不变；丙同学在白纸上画aa'和bb'间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，使画出的入射点向左移，出射点向右移，所画的折射角比实际值大, 算得的折射率将偏小。(2)由折射定律得知，光线通过平行玻璃砖后向一侧发生侧移，由于光线在上外表折射时，折射角小于入射角，那么出射光线向一侧偏移，如下图，故另两枚大头针P3和P4不可能插在线上，故A错误；假设保持 O点不动，减小入射角，折射角也减小，另外两 枚大头针P3和

8、P4可能插在 线上，故B正确，C错误。答案(1)AB(2)B针对训练由于实验室中矩形玻璃砖的数量不够，局部同学需改用直角三棱镜做“测定玻璃的折射率实验，实验步骤如下：a.如下图，先在一张白纸上画出相互垂直的直线ab、a' b'作为三棱镜的两个界面，并在直线上标出点O;b.标出P3、P4的位置；c.将三棱镜放在白纸上，使短边跟ab对齐，长边跟a' b'对齐；d.在长边a' b'的外侧透过三棱镜观察大头针Pi、P2的像，调整视线方向，直到Pi的像完全被P2的像挡住；e.在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住Pi、P2的像，P4挡住P3和Pi

9、、P2的像;f.过O点作一垂直ab的线段OA,在OA上垂直纸面插两枚大头针Pi、P2；g.移去三棱镜和大头针，连接P3P4交a' b'于O'点，过O'点作与a' b'垂直的直线MN ;h .作光路图，计算折射率 no(i)正确的实验步骤顺序为 ;(2)请在图中画出准确完整的光路图。解析：(i)测定玻璃的折射率时，先在白纸上作出玻璃砖的边界，选定入射点，确定入 射光线，然后把玻璃砖放在白纸上，确定出射光线；撤去玻璃砖，作出光路图，求出入射 角与折射角，根据折射率的定义式求出折射率，因此合理的实验步骤顺序为a、f、c、d、e、b、 g、 ho(2)光

10、路图如下图。答案：(i)a、f、c、d、e、b、g、h (2)见解析图二、实验数据处理与分析例题2在“测定玻璃的折射率实验中，(i)为了取得较好的实验效果，A.必须选用上下外表平行的玻璃砖B.选择的入射角应尽量小些C.大头针应垂直地插在纸面上D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些其中正确的选项是。(2) 一位同学在画界面时， 不小心将两界面 aa'和bb'间距画得比玻璃砖宽度大些，如图甲所示，那么他测得的折射率 (选填"偏大 ”偏小或“不变)。(3)另一位同学在测量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，以 O点为圆心，OA为半径画圆，并延长

11、OO'交圆于C点，过A点和C点作垂直于法线的直 线分别交于B点和D点，如图乙所示，那么他只需要测量 ,就可求出玻 璃的折射率n =。解析(1)插针法测定折射率时，玻璃砖上下外表不一定要平行，故 A错误；为了减小 测量的相对误差，选择的入射角应尽量大些，效果会更好，故 B错误；为了准确确定入射 光线和折射光线，大头针应垂直地插在纸面上，故 C正确；大头针Pl和P2及P3和P4之间 的距离适当大些时，相同的距离误差，引起的角度误差会减小，效果会好些，故D正确。(2)如下图，实线是真实的光路图，虚线是玻璃砖宽度画大后的光路图，由图看出，在 这种情况测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的

12、折射角偏大，因此测得的折射 率偏小。AB(3)根据折射定律得n = Sin / AOB = ；R = AB，可知需要测量AB、CD的长度，那么折 Sin / DOC CD CDRAB 射率n = -oCDAB答案(1)CD(2)偏小 (3)AB、CD的长度 CD针对训练(2021天津高考)某小组做测定玻璃的折射率的实验，所用器材有：玻璃砖，大头针, 刻度尺，圆规，笔，白纸。以下哪些措施能够提高实验准确程度A.选用两光学外表间距大的玻璃砖B.选用两光学外表平行的玻璃砖C.选用粗的大头针完成实验D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和

13、四个大头针扎下的孔洞如以下图所示，其中实验操作正确的选项是(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于 A、B点，再过A、B点作法线NN'的垂线，垂足 分别为C、D点，如下图，那么玻璃的折射率 n =。(用图中线段的字母表示)解析：(1)测量玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线， 因此选用光学外表间距大的玻璃砖以及使同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准 确程度，减小误差，选项 A、D正确；两光学外表是否平行不影响折射率的测量，为减小 误差，应选用细长的大头针，应选项 B、C错误。(2)两

14、光学外表平行的玻璃砖的入射光线与出射光线平行，在空气中的入射角大于玻璃 中的折射角，故D正确。(3)玻璃的折射率 n = ,a ACBD 二二 AC又 sin | =匕，sin r=故 n = ;。 RRBD、AC答案：(1)AD(2)D (3)A-BD三、创新实验设计例题3用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直才1上两枚大头针Pl、P2,然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4,使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所

15、 示(O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线)。(1)在图上补画出所需的光路。(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角例和折射角。2,请在图中的AB分界面上画出这两个角。(3)屡次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n =。解析(1)连接P3、P4与CD交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，又由 于P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两点即可作出玻璃砖中的 光线，如下图。(2)连接O点与光线在 AB上的入射点即为法线，作出入射角和折射角，如图中 自、也 所示。(3)图像的斜率k=Sim =3由题图乙可知斜率为1.5,即玻璃的折射率为 1.5。答案(1)见解析图(2)如解析图中。1、02针对训练某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时，先在白纸上作一与玻璃圆柱同半径的圆，圆心为 O,将玻璃圆柱平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合。在玻璃一侧竖直插两枚大头针 Pl和P2,再在另一侧先后插两枚大头针P3和P4,使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针P4和P3与P2和P1的像恰在一直线上，移去玻璃圆柱和大头针后，在白纸上 得到大头针的位置及玻璃圆柱的轮廓如下图。(1)画出沿P1和P2连线方向的入射光线通过圆柱形玻璃后的传播方向。(2)画出光线在玻璃内的传