完成一個小目標，需要一個大智慧！授課教師：人教版(2019)必修第三冊學習目標4.1.2.實驗：測量玻璃的折射率1.會測量玻璃等材料的折射率；2.通過實驗體會光線模型的建構(gòu)過程，

掌握插針法確定光路圖。復習引入iirr通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要向后發(fā)生側(cè)移。思考：若測定玻璃磚的折射率，怎樣簡便地確定與入射光線對應(yīng)的折射光線呢？ir1234插針法實驗思路實驗方案請設(shè)計出實驗方案，并與其他同學交流？一.【實驗?zāi)康摹?/p>

二.【實驗原理】

測定玻璃的折射率。透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2使P2的像擋住P1的像P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像兩點確定一條直線光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播

入射角折射角三.【實驗器材】

長方形玻璃磚、白紙、木板、大頭針、圖釘、量角器、三角板(或直尺)、鉛筆。梯形玻璃磚長方形玻璃磚大頭針圖釘白紙直尺、量角器木板1.如圖所示，把白紙鋪在木板上，用圖釘固定。四.【實驗步驟】

四.【實驗步驟】

不能把玻璃磚界面當尺子畫界線！盡可能將大頭針豎直插在紙上且大頭針之間及大頭針與光線轉(zhuǎn)折點之間的距離要稍大一些

2．在白紙上畫一直線aa′作為界面，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．確定邊界、入射光線aa’ONN’A3．把長方形玻璃磚放在白紙上，并使其一條長邊與aa′重合，再用直尺畫出玻璃磚的另一邊bb′.在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變aa’bb’ONN’Aaa’bb’ONN’A4．在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2.從玻璃磚bb′一側(cè)透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線的方向直到P1的像被P2的像擋?。甈2P1aa’bb’ONN’A5.再在bb′一側(cè)插上兩枚大頭針P3、P4，使P3能擋住P1、P2的像，

P4能擋住P3本身及P1、P2的像．P2P1P4P3確定出射光線、折射光線aa’bb’ONN’A6．移去玻璃磚，在拔掉P1、P2、P3、P4的同時分別記下它們的位置，過P3、P4作直線O′B交bb′于O′.連接OO′，OO′就是玻璃磚內(nèi)折射光線的方向．∠AON為入射角，∠O′ON′為折射角．P2P1P4P3O’7．改變?nèi)肷浣?，重復實?次．a(chǎn)a’bb’ONN’Aiγ8.計算法處理實驗數(shù)據(jù)：用量角器測量入射角i和折射角γ，并查出其正弦值sini和sinγ.aa’bb’ONN’Aiγ五.【實驗數(shù)據(jù)處理】

圖象法以sini值為橫坐標、以sinr值為縱坐標，建立直角坐標系，如圖所示。描數(shù)據(jù)點，過數(shù)據(jù)點連線得一條過原點的直線。求解圖線斜率為k

iABOO?raa?EFDC單位圓法六.【實驗注意事項】

①玻璃磚應(yīng)選用厚度、寬度較大的②大頭針要插得豎直，且間隔要大些③入射角不宜過大或過小，一般在15°~75°之間④玻璃磚的折射面要畫準，不能用玻璃磚界面代替刻度尺劃線⑤實驗過程中，玻璃磚和白紙的相對位置不能改變七.【誤差分析】

用激光筆做實驗：光路模糊，誤差較大（1）畫玻璃磚邊界時的偶然誤差；（2）插針時的偶然誤差；（3）測量角度大小的讀數(shù)誤差；（4）三角函數(shù)值近似計算時存在的誤差。

產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差入射、折射光線畫不精確兩大頭針間距適當大些入射角、折射角測不準入射角適當大些①偶然誤差②系統(tǒng)誤差(無)①甲同學在白紙上正確畫出平行玻璃磚的兩個界面a和a′后，將玻璃磚向邊界a方向平移了少許，其他操作正確，則他測出的折射率值將_______。

a

結(jié)論：入射點和出射點發(fā)生平移，入射角和折射角都不變，折射率不變。思考討論：不變

a?

②乙同學在確定另一界面a′時，不小心將玻璃磚向a方向平移了少許，其他操作正確，則他測出的折射率值將_______。結(jié)論：入射點發(fā)生平移，出射點不變，入射角不變和折射角偏小，折射率偏大。

a

a?

偏大思考討論：①為了使入射光線和出射光線更精確，插大頭針時兩大頭針間距應(yīng)較大。②為減小測角時的相對誤差，入射角要稍大些，但不宜太大，否則光線會從玻璃磚的側(cè)面射出，并且入射角太大時，反射光較強，折射光會相對較弱。③為減小折射率的誤差，可采用求多次不同入射角時n的值，然后取其平均值，即為玻璃的折射率。思考：實驗中，應(yīng)該采取哪些措施以減小誤差？分組實驗，采集數(shù)據(jù)【思考討論】如果實驗中采用的不是兩面平行的玻璃磚，而是用三棱鏡或半圓形玻璃磚，能否測出相應(yīng)的折射率？只要能把入射光線在玻璃中的折射光線確定下來，就能測定玻璃的折射率，所以玻璃磚形狀對結(jié)果沒有影響其它方案：[差異解讀](1)用水代替玻璃。(2)用激光發(fā)出的光代替插針法對光線的確定[差異解讀](1)用半圓形玻璃磚代替平行玻璃磚。(2)用激光發(fā)出的光代替插針法對光線進行確定。(3)用帶角度的背景板取代量角器。半圓形水槽C學習任務(wù)評價一【例1】在用兩面平行的玻璃磚測定玻璃折射率的實驗中，其實驗光路圖如圖所示，對實驗中的一些具體問題，下列說法正確的是（）A．若P1、P2的距離較大時，通過玻璃磚會看不到P1、P2的像B．實驗中為方便操作可用玻璃磚代替尺子畫線。C．為了減小作圖誤差，P3和P4的距離應(yīng)適當大一些D．為減小測量誤差，P1、P2連線與玻璃磚界面法線的夾角越大越好(1)由于激光很強,不能用眼睛直接觀測,該同學通過在木板上插入被激光照亮的針來確定激光光路,正確的插針順序應(yīng)是

。A.P1、P2、P3、P4

B.P4、P3、P2、P1C.P1、P2、P4、P3

D.P4、P3、P1、P2(2)若P1P2與MN垂直,用量角器量得圖中的θ1=60°,θ2=30°,則玻璃的折射率為

?！纠?】某同學在利用“插針法”測定一塊紅色直角三角形玻璃磚的折射率時發(fā)現(xiàn),由于玻璃的顏色較深,在另一側(cè)很難觀測到對側(cè)所插的針,他想到可以用實驗室的紅色激光器來完成實驗。如圖所示,他在木板上固定好白紙,放好玻璃磚,正確作出了界面MN、MP、NP,然后讓很細的激光平行于木板從玻璃磚的上界面MN入射。B

【例3】

在做“測定玻璃的折射率”的實驗中，如果畫線aa'、bb'明顯不平行，則對其他做法都正確的情況下，所測得的折射率將aba’b’A．偏大B．偏小C．不變D．無法確定實驗五步曲1.實驗?zāi)康?原理2.實驗儀器3.實驗步驟+注意事項4.數(shù)據(jù)處理5.誤差+結(jié)論課堂小結(jié)【1】在測定玻璃折射率的實驗中:(1)某同學實驗插針的步驟如下A.在表示入射光線的AO上插上大頭針P1、P2；B.通過玻璃磚觀察P2、P1，調(diào)整視線，直到P1的像被P2的像擋?。籆.在觀察的一側(cè)插上大頭針P3、P4，記下P3、P4的位置。

這位同學在操作中有什么重要疏漏?_______________________________________________(2)以通過P1、P2的直線與玻璃磚的交點O為圓心，以某一適當長度R為半徑畫圓，與

OA交于A，與OO'的延長線交于C，如圖所示，過A、C分別作玻璃磚界面的法線MN的垂線，圖中B、D分別為垂足，用刻度尺量得AB=45mm，CD=30mm，則玻璃磚的折射率為

。

插針時應(yīng)使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3及P1、P2、的像。1.5課堂練習(3)用“插針法”找出與入射光線對應(yīng)的出射光線，現(xiàn)有甲、乙、丙、丁四位同學分別做出如圖所示的四組插針結(jié)果。

①從圖上看，肯定把針插錯了的同學是

。

②從圖上看，測量結(jié)果準確度最高的同學是

。

丁甲、乙【2】如圖所示，在做“測量玻璃的折射率”實驗時，先在白紙上放好一塊兩面平行的玻璃磚，描出玻璃磚的兩個邊MN和PQ，在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，然后在另一側(cè)透過玻璃磚觀察，再插上大頭針P3、P4，然后做出光路圖，根據(jù)光路圖計算得出玻璃的折射率。關(guān)于此實驗，下列說法中正確的是（）A.大頭針P4須擋住P3及P1、P2的像B.入射角越大，折射率的測量越準確C.利用量角器量出i1、i2，不可求出玻璃磚的折射率D.如果誤將玻璃磚的邊PQ畫到P′Q′，折射率的測量值將偏大A【3】如圖所示，我國航天員王亞平在天宮課堂上演示了微重力環(huán)境下的神奇現(xiàn)象。液體呈球狀，往其中央注入空氣，可以形成一個同心球形氣泡。假設(shè)液體球與氣泡半徑之比為5：2，當細光束以37°的入射角射入液體球中，折射光線剛好與氣泡內(nèi)壁相切，sin37°=0.6。該液體的折射率為（

）

A.1.2B.1.3C.1.4D.1.5D解析：

如下圖，作出光路圖，設(shè)液體球與氣泡半徑分別為5a、2a，該液體的折射率為

S=解：得:r=300d=

β=i-r=300idrLdβS

=S·sinβ

=如果測量出了i和r，我們也能反算出玻璃的折射率n。

=

側(cè)移距離d的大小跟什么因素有關(guān)？bb?折射率n測量偏小aa?P1P2P3P4ir1r2r1為真實的折射角r2為測得的折射角r2>r1bb?aa?P1P2P3P4ir2r1折射率n測量偏大r1為真實的折射角r2為測得的折射角r1>r2誤差分析玻璃磚擺放位置光路圖分析___________________________________________________玻璃磚向上平移稍許___________________________________________________________________________________________玻璃磚向下平移稍許________________________________________________玻璃磚