选修34《实验测定玻璃的折射率》教学案.docx
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选修34《实验测定玻璃的折射率》教学案
实验测定玻璃的折射率
考情分析
考试大纲
考纲解读
实验十四：
测定玻璃的折射率
、考点知识梳理
（一）实验目的：
（二）实验原理
本实验是利用插针法”来确定光路。
具体的讲是，用插针法”来确定两个界面的入射光线和出射光线，如图中P月和P3P4，由入射光线与界面aa交于图中0点即入射点，出射光线与界面bb交于图中0点即为出射点，连接00即是光在玻璃砖内的折射线，过0点作出法线，用量角器量出入射角i和折射角r，如图
所示，利用求出n
（三）实验器材
玻璃砖，白纸，木板，大头针，图钉，量角器，三角板，铅笔。
、考点知识解读
0A
J
图14-1
剖析:
（一）、实验步骤：
1.将白纸用图钉按在绘图板上•
2.在白纸上画出一条直线aa'作为界面（线），过aa'上
的一点0画出界面的法线NN
并画一条线段A0作为入射光线.
3.把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa'对齐,画出玻璃砖的另一边NN'
4.在直线AO上竖直插上两枚大头针R、P2，透过玻璃砖观察大头针R、P2的
像，
调整视线方向，直到P2档住R的像.再在观察的这一侧插两枚大头针P3、巳，使
R档
住P、P2的像，P4档住P3及R、P2的像，记下P3、P4的位置.
5.移去大头针和玻璃砖，过B、P4所在处作直线0'B，与bb'交于0
直线0'B就代表了沿A0方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向•
6.连接00'，入射角AON，折射角0'0N'.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•
7.用上述方法分别求出入射角分别为30°、45°、600时的折射角，查出它们的正弦值，填人表格中•
8.算出不同入射角时的比值也，最后求出在几次实验中所测也的平均sinsin
值，即为玻璃砖折射率的测量值•
（二）、注意事项：
1.实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且R和P2之间、P2与0点之间、巳与P4之间、B与0'之间距离要稍大一些•
2.入射角应适当大一些，以减小测量角度的误差.但入射角不宜太大，也不宜太小.
3.在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面.更不能用玻璃砖界面代替直尺画界线.
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5cm以上.若宽度太小，则测量误差较大.
（三八其他数据处理方法
此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角
的正弦值，再代人n忙中求玻璃的折射率.除运用此方法之外，还有以下处sin
理数据的方法：
1.在找到人射光线和折射光线以后，以入射点0为圆心，以任意长为半径画
圆，
分别与A0交于C点，与00'（或00'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14-3-3所示.
+十CC'DD'
由于sin，sin
C0D0
而C0=D0所以折射率m
sin
sin
CC'
DD'
图14-2
重复以上实验，求得各次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值.
2.根据折射定律可得
sinn
sin
1
因此有sinsin
n
在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上,
以sin值为横坐标，以sin值为纵坐标建立直角坐标系.如图实14-3所示.
描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线
1
求解图线斜率，设斜率为k，则k-.
n
3/11
1
故玻璃砖折射率n-
k
（四八误差来源及分析
1.确定入射光线和出射光线时存在误差
2.测量入射角和折射角时存在测量误差
3.
图14-4
［例题］用三棱镜测定玻璃折射率的实验中，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针Pl和P2.然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使Pl的像被P2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、P2的像,P4挡住P3和Pl、P2的像.在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示。
⑴在本题的图14-4上画出所需的光路;
（2）
为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量
是和，在图上标出它们；,,
（3）计算折射率的公式是n=。
⑴如图实14-5所示，画出通过P1和P2、P3和
P4的光线，分别与AC、AB边交于0、0'点，连结
00。
（3）门=^^丄（或n=^in-L=EF/GH=-EF•0G，若作图时取0G=0E，贝Usin2sin20E0GGH0E
n=龄，可以简化计算）
【变式训练】用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，某同学画好玻璃砖的界面a和a后，实验过程中不慎将玻璃砖向上平移了一些，如图实14-6所示，而实验的其它操作均正确，则测得的折射率将（）
A.偏大
B.偏小
C.不变图14-6
入射到玻璃砖上表面的光线其实在玻璃砖上表面的
M点就发射了折射，玻璃砖内的折射光线其实是沿MN方向的，出射点为N。
由几何知识可以证明，0、0、M和N四个点正好构成一个平行四边形，即MN和00是平行的，则对于玻璃砖折射率的计算结果是没有影响的，所以答案为C<
命题解读：
这其实就是一个实验误差的分析问题，用到了光的折射和几何知识。
同样的方法可以分析，放置玻璃砖时如果倾斜了，误差将会是怎样的？
四、考能训练
A基础达标
1.测定玻璃的折射率时，为了减小实验误差，应该注意的是（）
A.玻璃砖的宽度应大些
B.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R、P2及巳、P4之间的距离应适当大些
2.某同学用插针法测定玻璃的折射率n,如图实14-7所示，他的实验方法和操作步
3.
3•如图实14-8,画有直角坐标系
Oxy的白纸
位于水平桌面上，M是放在白纸上的半圆
形玻璃砖，其底面的圆心在坐
标的原点，直
边与x轴重合，OA是画在纸上的直线，
R、F2为竖直地插在直线OA
上的两枚大
头针，P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针，是直线
OA与y轴正方向的夹角，
是直线OP3与轴负方向的夹角，只要直线0A画得合适，且F3的位置取得正确，测得角
和，便可求得玻璃得折射率。
某学生在用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的直线0A上竖直插上了
P、巳两枚大头针，但在y<0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到R、P2的像，他应该采取的措施是
他已透过玻璃砖看到了R、F2的像，确定F3位置的方法是
若他已正确地测得了的、的
值，则玻璃的折射率n=.
4.如图实14-9所示：
一半圆形玻璃砖外面插上R、P2、F3、P4四枚大头针时，
F3、P4恰可挡住R、F2所成的像，则该玻璃砖的折射率n=.有一同学
把大头针插在F'、P2'位置时，沿着
F4、P3的方向看不到大头针的像，其原因是.
5•如图实14-10所示，是利用插针法测定玻璃砖的折射率的实验得到的光路图.玻
璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行，则
（1）出射光线与入射光线.（填仍平行或不再平行）.
（2）以入射点0为圆心，以R=5cm长度为半径画圆，与入射线P0交于M点,与折射线0Q交于F点，过M、F点分别向法线作垂线，量得Mn=1.68cm.
EF=1.12cm则该玻璃砖的折射率n=
图14-10
6.某校开展研究性学习，某研究小组根据光学知识，设计了一个测液体折射率的仪器•如图实14-11,在一个圆盘上，过其圆心0作两条相互垂直的直径BC、EF.在半径0A上，垂直盘面插上两枚大头针R、P2并保持位置不变.每次测量时让
圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界
面的法线，而后在图中右上方区域观察R、P2.同学们通过计算，
预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据R所插的位置，就可以直接读出
液体折射率的值•
（1）若/AOF=30°，0P3与0C之间的夹角为30°，贝UP3处刻的折射率的
值.
（2）图中P3、P4那一处对应的折射率大？
（3）
做A0的延长线交圆周于K，K处对应的折射率为.
7.某同学由于没有量角器，他在完成了光路图以后，以0点为圆心、10.00cm长为半径画圆，分别交线段OA于A点，交0、O'连线延长线于C点.过A点作法线NN'的
垂线AB交NN'于B点，过C点作法线NN'的垂线CD交NN'于D点，
如图实14-12所示.用刻度尺量得OB=8.00cm,CD=4.00cm.由此可得出玻璃
折射率n二
8.
如图实14-13所示，一个学生按照课本上的小实验用广口瓶和直尺测定水的折
射率,填写下述实验步骤中的空白.
⑴用Q出广口瓶瓶口的内径d;
（3）将直尺沿瓶口边缘插入水中;
图14-13
0刻度（即图中A
（2）在瓶内装满水；
（4）沿广口瓶边缘向水中直尺正面看去，若恰能看到直尺的
点），同时看到水面上B点刻度的像恰与A点的像相重合；
（5）若水面恰与直尺的C点相平，读出和的长度;
（6）以题中所给的条件为依据，计算水的折射率为
9.
在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图实14-14①、②和③所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖.他们的其它操作均正确且均以aa'、bb'为界面画光路图，则（）
图14-14
甲同学测得的折射率与真实值相比（填“偏大”“偏小”或“不
变”
乙同学测得的折射率与真实值相比（填“偏大”“偏小”或“不
变”.
丙同学测得的折射率与真实值相比.
五、宽乘咼
一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的（光线不能通过此表面）.现要测定此玻璃的折射率，给定的器材还有：
白纸、铅笔、大头针4
枚（Pi、P2、R、P4）、带有刻度的直角三角板、量角器•实验时,先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直.在纸面上画出直线aa'和
bb',aa'表示镀银的玻璃表面，bb'表示另一表面，如图6所示.然后,在白纸上竖直插上两枚大头针Pi、P2（位置如图）.用Pi、P2的连线表示入射光线.
i.为了测量折射率,应如何正确使用大头针P3、P4?
试在题图中标出F3、P4的位置.
ii.然后,移去玻璃砖与大头针.试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角i与折射角B2.简要写出作图步骤.
iii.写出用B1、B2表示的折射率公式为n=
解析:
i：
在bb'一侧观察Pi、P2（经bb'折射、aa'反射,再经bb'折射）的像,在适当的位置插上P3,使得P3与P1、P2的像在一条直线上,即让P3挡住P1、P2的像；再插上P4,让它挡住P2（或P1）的像和P3,P3、P4的位置如图所示.
ii.①过P1、P2作直线与bb'交于O
2过P3P4作直线与bb'交于O;
3利用刻度尺找到00的中点M
4过0点作bb'的垂线CD,过M点作bb'的垂线与aa'相交于N,如图所示,连接ON
⑤/P10D==1,/CON=2
sin1
iii.由折射率的定义可得n=sin2
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