8/84.2《測定介質的折射率》教案【重要知識提示】1．實驗目的、原理(1)實驗目的測定玻璃的折射率，掌握光發(fā)生折射時入射角和折射角的確定方法。(2)實驗原理如圖3-80所示，用插針法找出與入射光線AO對應的出射光線O’B，確定出O’點，畫出折射光線00’，然后測量出角α和β，根據(jù)計算玻璃的折射率。2．實驗器材白紙，圖釘，大頭針，直尺，鉛筆，量角器，平木板，長方形玻璃磚。3．實驗步驟及調整安裝(1)將白紙用圖釘按在繪圖板上。(2)在白紙上畫出一條直線aa’作為界面(線)，過aa’上的一點O畫出界面的法線NN’，并畫一條線段AO作為入射光線。(3)把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟aa’對齊，畫出玻璃磚的另一邊NN’。(4)在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針Pl、P2的像，調整視線方向，直到P2檔住P1的像。再在觀察的這一側插兩枚大頭針P3、P4，使P3檔住Pl、P2的像，P4檔住P3及P1、P2的像，記下P3、P4的位置。(5)移去大頭針和玻璃磚，過P3、P4所在處作直線O’B，與bb’交于0’，直線0’B就代表了沿AO方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向。(6)連接00’，入射角a=∠AON，折射角β=∠O'ON’。用量角器量出入射角和折射角，從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值，把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設計的表格中。(7)用上述方法分別求出入射角分別為300、450、600時的折射角，查出它們的正弦值，填人表格中。(8)算出不同入射角時的比值面，最后求出在幾次實驗中所測面的平均值，即為玻璃磚折射率的測量值。4．注意事項(1)實驗時，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P2與O點之間、P3與P4之間、P3與0’之間距離要稍大一些。(2)入射角a應適當大一些，以減小測量角度的誤差。但入射角不宜太大，也不宜太小。(3)在操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學面。更不能用玻璃磚界面代替直尺畫界線。(4)在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。(5)玻璃磚應選用寬度較大的，宜在5cm以上。若寬度太小，則測量誤差較大。5．數(shù)據(jù)處理及誤差分析此實驗是通過測量入射角和折射角，然后查數(shù)學用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代人中求玻璃的折射率。除運用此方法之外，還有以下處理數(shù)據(jù)的方法：處理方式(1)：在找到人射光線和折射光線以后，以入射點0為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點，與00’(或00’的延長線)交于D點，過C、D兩點分別向NNl作垂線，交NN’于C’、D’，用直尺量出CC’和DD’的長。如圖3-81所示。由于，而CO=DO所以折射率重復以上實驗，求得各次折射率計算值，然后求其平均值即為玻璃磚折射率的測量值：處理方式(2)：根據(jù)折射定律可得因此有在多次改變入射角、測量相對應的入射角和折射角正弦值基礎上，以sina值為橫坐標、以sinβ值為縱坐標，建立直角坐標系。如圖3-82所示。描數(shù)據(jù)點，過數(shù)據(jù)點連線得一條過原點的直線。求解圖線斜率，設斜率為k，則。故玻璃磚折射率【典型范例導析】【例1】某同學用插針法測定玻璃磚的折射率，他的實驗方法和操作步驟正確無誤。但他處理實驗記錄時發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個光學面aa’與bb’不平行，如圖3-83所示。則：A．P1P2與P3P4兩條直線平行B．P1P2與P3P4兩條直線不平行C．他測出的折射率偏大D．他測出的折射率不受影響解析如圖3-83所示．在光線由繃’面進入玻璃磚的偏折現(xiàn)象中：由折射定律在光線由bb’射出玻璃磚的現(xiàn)象中，同理若aa’與bb’平行，則i=β，因此α=γ。此時入射光線AO與出射光線O’B平行。若aa’與bb’不平行，則i≠β，因此α≠γ。此時入射光線AO與出射光線O’B不平行。選項B正確。在具體測定折射率時，要求實驗方法、光路均準確無誤，折射率的測量值應不受aa’與bb’是否平行的影響，選項D正確。答案：B、D點評(1)入射光線與出射光線是否平行，取決于玻璃磚兩界面aa’與bb’是否平行。(2)利用插針法確定光的入射點和出射點，從而確定入射光線和折射光線。此方法可適合應用平行玻璃磚、棱鏡、圓柱形玻璃體等?！纠?】在利用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中：(1)甲同學在紙上正確畫出玻璃磚的兩個界面aa’和bb’后，不自覺地碰了玻璃磚使它向aa’方向平移了少許，如圖3-84所示。則他測出的折射率值將_____(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)；(2)乙同學在畫界面時，不自覺地將兩界面aa’、bb’間距畫得比玻璃磚寬度大些，如圖3-85所示，則他測得折射率_________(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)。解析(1)如圖3-86所示，甲同學利用插針法確定入射光線、折射光線后，測得的入射角、折射角沒有受到影響，因此測得的折射率將不變。(2)如圖3-87所示，乙同學利用插針法確定人射光線、折射光線后，測得的入射角不受影響，但測得的折射角比真實的折射角偏大，因此測得的折射率偏小。【能力跟蹤訓練】1．一位同學模仿用玻璃磚測定玻璃折射率方法，改用玻璃三棱鏡測定玻璃的折射率，他的主要步驟如下：A．在白紙上放一玻璃三棱鏡并畫出它的三邊，AB、BC和CA；B．以AB界面畫一條線段DO作為人射線，并在DO上豎直地插上兩枚大頭針P1和P2；C．在AC的一側豎直地插上大頭針P3時，用眼睛觀察并調整視線使P3同時能擋住P1P2的像；D．同樣，在AC的一側再豎直地插上大頭針P4時，用眼睛觀察并調整視線使P4同時能擋住P3和P1P2的像；E．記下P3、P4的位置移去玻璃三棱鏡，過P3P4引直線O'E與AC交于O’，過0點畫界面AB的法線NN’。你能否根據(jù)他的實驗記錄測出玻璃的折射率?若能，請你在圖3-88上標出入射角和折射角，并用三角函數(shù)值表示玻璃的折射率。2．在用插針法測定玻璃的折射率的實驗中，某同學操作步驟如下：①將記錄光路的白紙鋪放在平木板上；②手拿玻璃磚的毛面或棱，將其輕放在白紙上；③用鉛筆環(huán)繞玻璃磚畫出邊界aa’和bb’；④在aa’上選擇一點0，作為不同入射角的入射光線的共同入射點，畫出入射角i分別為00、300、45°的入射光線；⑤用“插針法”分別得到各條入射光線的折射光線，觀察時著重看大頭針針帽是否在一條直線上，取下玻璃磚，大頭針，連接各針孔，發(fā)現(xiàn)所畫折射光線中有兩條相交，量出各個折射角r；⑥按公式分別計算，取三個值的算術平均值。以上步驟中有錯誤或不妥之處的是________；應改正為：_________。3．在測定玻璃的折射率的實驗中，對一塊兩面平行的玻璃磚，用插針法找出與入射光線對應的出射光線，現(xiàn)有甲、乙、丙、丁四位同學分別做出如圖3-89所示的四組插針結果。①從圖上看，肯定把大頭針插錯了的同學是_______。②從圖上看，測量結果準確度最高的同學是_______。4．某同學在做測定玻璃的折射率實驗中，記錄如圖3-90所示，P1、P2、P3、P4為大頭針位置，如果aa’和bb’畫得不嚴格與折射面平行，畫成圖示中虛線位置，則使得折射率_______(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)。5．某同學在測定一厚度均勻的圓柱形玻璃的折射率時，先在白紙上作一與玻璃圓柱同半徑的圓，圓心為O，將玻璃圓柱平放在白紙上，使其邊界與所畫的圓重合，在玻璃一側豎直插兩枚大頭針P1和P2，在另一側再先后插兩枚大頭針P3和P4，使從另一側隔著玻璃觀察時，大頭針P4、P3和P2、P1的像恰好在一條直線上，移去玻璃圓柱和大頭針后，在白紙上得到如圖3-91所示，在圖中畫出：①沿P1、P2連線方向的入射線通過圓形玻璃后的傳播方向；②光線在玻璃內的傳播方向；③在光線的入射點作法線，標出入射角α和折射角β；④寫出計算玻璃折射率的公式(不必計算)。

參考答案1．能根據(jù)該同學的記錄測定玻璃的折射率，如