《创新课堂》第四章 光1.光的折射 高中物理选择性必修第一册（人教版）同步讲练测（教师版+学生版）

第2课时　实验：测量玻璃的折射率 一、实验目的 1.学会利用插针法测量玻璃的折射率。 2.学会利用计算法、图像法、单位圆法处理实验数据。 二、实验原理 用　插针法　确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用　量角器　测出入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝　　。 三、实验器材 玻璃砖、　白纸　、木板、　大头针　四枚、图钉四枚、　量角器　、三角板（或直尺）、铅笔。 四、实验步骤 1.将　白纸　用图钉钉在平木板上。 2.如图所示，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。 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bb'。 4.在直线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　所在处作直线O'B与bb'交于O'，直线O'B就代表了沿AO方向的入射光线通过玻璃砖后的　折射　光线。 6.连接OO'，入射角θ1＝∠AON（用图中字母表示），折射角θ2＝∠O'ON'（用图中字母表示），用　量角器　量出入射角和折射角。 7.用上述方法分别测出入射角大约为30°、45°、60°时的折射角。 五、数据处理 1.计算法：通过量角器测量入射角和折射角，然后查数学用表，得出入射角、折射角的正弦值，再代入n＝中求多次不同入射角时n的值，然后取其平均值，即为玻璃砖的折射率。 2.图像法：求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出sin θ1-sin θ2图像，由n＝可知图像应为直线，如图所示，其斜率为折射率。 3.单位圆法：在不使用量角器的情况下，可以用画单位圆法。 （1）以入射点O为圆心，以一定长度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。 （2）由图中关系sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE'＝R，则n＝＝，只要用刻度尺测出EH、E'H'的长度就可以求出n。 六、误差分析 实验误差的两个来源： （1）确定入射光线和出射光线时的插针位置带来的误差。 （2）入射角、折射角的测量误差。 七、注意事项 1.实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。 2.入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大。 3.在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 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5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。 类型一｜教材原型实验 【例1】　在通过“插针法”测量玻璃的折射率实验中： （1）图甲为实验使用的长方体玻璃砖，实验时不能用手直接接触玻璃砖的　光学面　（选填“磨砂面”或“光学面”）。 （2）关于该实验，有以下操作步骤（参照图乙）： A.摆好玻璃砖，确定玻璃砖上、下边界面aa'、bb'； B.任意画出一条入射光线，在光线上插上大头针P1、P2； C.在确定P3、P4位置时，应使P3挡住P1、P2的像，P4挡住　P3以及P1、P2的像　。 （3）如图丙所示，过P3、P4作直线交bb'于O'，过O'作垂直于bb'的直线NN'，连接OO'。用量角器测量图丙中角α和β的大小，则玻璃的折射率n＝　　。 （4）小薇同学实验获得的大头针位置如图所示，请帮助她画出该实验完整的光路图。 答案：见解析图 解析：（1）玻璃砖的光学面不能用手直接接触，否则接触面的污渍会影响接触面的平整，进而影响折射率的测定。 （2）在确定P3、P4位置时，应使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3以及P1、P2的像。 （3） ... ...