2024_2025学年新教材高中物理第四章光及其应用第二节测定介质的折射率学案粤教版选择性必修第一册.doc
PAGE
15-
其次节测定介质的折射率
试验必备·自主学习
一、试验目的
1．学会用插针法确定光路。
2．会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率。
二、试验器材
木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板(或直尺)、铅笔。
三、试验原理与设计
如图，当光线AO1以肯定的入射角i穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B，从而测出折射光线O1O2和折射角r，再依据n＝eq\f(sini,sinr)或n＝eq\f(PN,QN′)算出玻璃的折射率。
如图所示：若玻璃砖两个面不平行，还能否利用“插针法”测定它的折射率呢？
提示：可以。
试验过程·探究学习
试验步骤
(1)如图所示，把白纸铺在木板上。
(2)在白纸上画始终线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。
(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb′。
(4)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。
(5)从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖视察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像拦住。再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能拦住P1、P2的像，P4能拦住P3本身及P1、P2的像。
(6)移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别登记它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′。连接O、O′，OO′就是玻璃砖内折射光线的方向。∠AON为入射角i，∠O′ON′为折射角r。
(7)变更入射角，重复试验。
利用“插针法”能否测定三棱镜(如图)的折射率呢？
提示：可以。
数据收集与分析
(1)计算法
用量角器测量入射角i和折射角r，并查出其正弦值sini和sinr。算出不同入射角时的eq\f(sini,sinr)，并取平均值。
(2)作sini-sinr图像法
变更不同的入射角i，测出不同的折射角r，作sini-sinr图像，由n＝eq\f(sini,sinr)可知图像应为直线，如图所示，其斜率为折射率。
(3)“单位圆法”确定sini、sinr，计算折射率n
以入射点O为圆心，以肯定长度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′。如图所示，sini＝eq\f(EH,OE)，sinr＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，则n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(EH,E′H′)。只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。
误差分析
(1)入射光线、出射光线确定的精确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。
(2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。
在利用插针法测定玻璃砖折射率的试验中：
某同学在画界面时，不当心将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，如图所示，则他测得的折射率偏大还是偏小？
提示：由图可看出假如将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，则测得的折射角将变大，算得的折射率将偏小。
留意事项
(1)用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光滑的光学面，严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的两个边aa′、bb′。
(2)试验过程中，玻璃砖在纸上的位置不行移动。
(3)大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每一侧的两枚大头针P1和P2间、P3和P4间的距离应尽量大一些，以削减确定光路方向时造成的误差。
(4)试验时入射角不宜过小，否则会使入射角和折射角的值偏小，增大测量误差；入射角也不宜过大，否则在bb′一侧要么看不到P1、P2的虚像，要么看到P1、P2的像模糊不清，并且变粗，不便于插大头针P3、P4。
(5)由于要多次变更入射角的大小重复试验，所以入射光线与出射光线要一一对应编号，以免混乱。
利用“插针法”能否测定圆柱形玻璃体的折射率呢？
提示：可以。
试验研析·创新学习
类型一教材原型试验
角度1试验原理和试验操作
【典例1】(2024·天津高考)某小组做测定玻璃的折射率试验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。
(1)下列哪些措施能够提高试验精确程度________。
A．选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．选用两光学表面平行的玻璃砖
C．选用粗的大头针完成试验
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试验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中试验操作正确的是________。
(3)该小组选取了操作正确的试验记录，在白纸上画出光线的径迹，以