高中物理第四章光第二节测定介质的折射率学案（含解析）粤教版选修3_4

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1、第二节　测定介质的折射率学习目标重点难点1．能说出测定介质折射率的实验原理．2．会正确地进行实验操作．3．会分析产生误差的原因，并能在实验时尽可能减小误差．4．会正确地处理实验数据．重点：1．实验步骤．2．数据处理．难点：分析误差来源，提高实验的精确度．一、实验原理用插针法确定光路，找出与入射光线对应的玻璃中的折射光线，从而测出一组对应的入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律n＝，求出玻璃的折射率．二、实验步骤1．将白纸用图钉钉在木板上．2．在白纸上画出一条直线aa′作为界面（线），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，如图．3．把长方形玻璃砖放在白纸

2、上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′．4．在线段AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像．再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置．5．移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作线段O′B与bb′交于O′，线段O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向．6．连接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′，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．

3、7．用上述方法分别求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中．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均值，即为玻璃砖的折射率．预习交流本实验是用插针法测两面平行的玻璃砖的折射率，如果没有长方形玻璃砖，用两面不平行的玻璃砖能否测出玻璃的折射率？答案：能．如图所示，按照本实验的方法可以确定入射光线AO的位置和入射角θ1，也可以确定出射光线O′B的位置，连结入射点O和出射点O′的光线即为与AO对应的折射光线OO′，由此可以确定折射角θ2，再由n＝即可求出玻璃的折射率．一、实验过程和数据处理1．本实验需要哪些实验器材？答案：玻璃砖、大头

4、针、平木板、白纸、图钉、直尺、量角器．2．怎样确定与入射光线AO相对应的折射光线？答案：在玻璃砖的一侧AO上插两个大头针A、B，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B把A的像挡住．在眼睛这一侧再插第三个大头针C，使它把A、B的像都挡住，插第四个大头针D，使它把A、B、C的像都挡住，那么后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线，然后联接入射点与出射点，即为折射光线．3．为了测定玻璃砖的折射率，需测量相应什么量？为了减小实验误差，应采取哪些措施？答案：用量角器测量θ1、θ2．应改变入射角多做几次，求折射率的平均值．4．在本实验中为了尽可能提高实验的精确度，需要测出多个不同的入射角对应的

5、折射角，算出不同入射角时的比值，最后求出所测的平均值，作为玻璃砖的折射率，这样做虽然能减小误差，但数据处理过程非常麻烦．请大家讨论有没有更简洁的处理数据的方法？答案：方法一（单位圆法）在找到入射光线和折射光线以后，以O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO′（或OO′的延长线）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．由于sinθ1＝，sinθ2＝而CO＝DO，所以折射率n＝＝重复以上实验，求得各次折射率的计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值．方法二（图象法）根据折射定律可得n＝，因此有sinθ

6、2＝sinθ1．在多次改变入射角，测量相对应的入射角和折射角正弦值的基础上，以sinθ1值为横坐标、以sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示．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＝，即玻璃砖折射率n＝．某同学做测定玻璃折射率实验时，用他测得的多组入射角θ1与折射角θ2，作出sinθ1－sinθ2图象如图所示，下列判断中哪些是正确的（　　）．A．他做实验时，光线是由空气射入玻璃的B．玻璃的折射率为0.67C．玻璃的折射率约为1.5D．他做实验时，光线是由玻璃射入空气的答案：AC解析：由题图可知入射角大于折射角，光线是由光疏介质射入光密介质，

7、故A正确，D错误；任何介质的折射率都大于1，故B错误；由折射率公式n＝，可得n＝≈1.5，故C正确．1．用单位圆法处理数据．把测量入射角和折射角转化为测量长度，易操作，误差小．2．用图象法处理数据．可以最大限度地减小偶然误差．二、误差分析和注意事项用插针法只能粗略地测玻璃砖的折射率，为了提高实验的精确度，请大家讨论引起误差的原因和实验中提高精确度的方法．答案：1．入射光线和出射光线确定得不够精确，因此要求插大头针时，两大头针间距应适当大一些．2．入射角和折射角的测量造