2. 学生实验：测定玻璃的折射率教学活动设计方案

测定玻璃的折射率

教科版

选修3-4 第四章第二节

一、教材分析

Ⅰ整体分析

本实验是高考考纲中规定考察的学生实验之一，也是教材中唯一的几何光学实验，属于探究性学生实验，近几年高考也出现了本节内容的考察。本节课本的设计为运用插针法测定玻璃的折射率，放置在光的折射的下一节，起到了承上的作用，便于学生更好地理解光的折射。

Ⅱ

内容分析

插针法实验原理：先确定玻璃砖的两个分界面aa',bb'和入射光线AB，眼睛在bb'这侧透过玻璃砖看A,B使B的像挡住A的像，再在玻璃砖bb'这侧用第三枚大头针C挡住另一侧所插A，B的像，用第四枚大头针D挡住大头针A,B的像和C.从而确定如图所示的光路，测出入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律可得玻璃砖的折射率。

二、学情分析

高二的学生具备一定的实验设计、操作与分析能力。

学生学习了光的折射后能充分理解实验原理但是对于利用插针法寻求入射角和折射角这一思路学生不易思考得到，却能立马想到用激光使光路清晰明确便于测量，且整个实验操作步骤简单。

三、教学目标

Ⅰ知识目标

明确实验目的，掌握实验原理，熟悉实验步骤，了解光路的两种确定方法，能够对实验数据进行处理

Ⅱ核心素养目标

能具有设计实验探究方案、正确实施实验探究方案，使用多种方法收集信息，具有分析论证的能力，会描述解释实验探究结果，具有合作与交流的意愿与能力，能准确表达、评估和反思实验探究的过程。并且在实验中正确认识科学的本质，培养学习和研究物理的好奇心和求知欲，能主动与他人合作，能基于事实发表自己的见解。

本节教学思路为学生分组设计利用激光的改进实验，

进行实验，再参照导学案用插针法进行实验，

最后再对比两种实验方法分析。

四、教学策略

Ⅰ问题教学策略

以“问题”为线索，基于问题情景设计测量折射率的实验方法，激起学生的好奇心与求知欲。

Ⅱ

启发式教学策略

以学生为主体，让学生分组自行设计实验，进行实验操作，然后主动提出问题，思考问题，并寻求解决问题的方法，这样能充分调动学生学习的主动性与积极性，促进积极思维能力。

Ⅲ

比较策略

通过自行设计改进实验的方法与教材的实验方法的对比，及误差率的比较中，体会两种方法的优缺点，便于学生对每一种方法都能够深入理解。

Ⅳ

探究策略

通过自行的设计改进实验，让学生通过自主参与知识的获取的过程，掌握实验的基本操作流程，培养学生严谨的物理思维能力与规范的实验操作能力。促使动脑、动口、动手获取知识。

五、教学过程

Ⅰ新课引入

1、提问：请给出能测出平行玻璃砖的折射率的多种方法？

①利用公式

测出空气入射的入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值，即需作出光路图）

②利用测出在该介质中的光速即可）

③利用测出全反射的临界角）

2、提问：利用实验室里现有器材，请分析三种方法的可行性

因光速的测量现有实验器材不可测，且全反射的零界点的判定误差很大，因此②、③种方法不可取。

3、测量入射角与折射角需用什么仪器？怎么知道其正弦值？

4、怎样得到入射角与折射角？

5、放置在桌面的玻璃砖有没有光在界面发生折射？能不能测量其入射角与折射角? 6、怎样能非常清晰明确的看到光路？

五、教学过程

Ⅱ

自选实验器材（分组）

提供的器材：平行玻璃砖、木板、胶垫、大头针、白纸、白炽灯、激光、量角器、直尺、圆规、正弦值角度对照表

Ⅲ

交流谈论后，每组分别陈述选择的器材及实验步骤

①平行玻璃砖、激光、量角器、正弦值角度对照表

②平行玻璃砖、激光、木板、白纸、量角器、直尺、正弦值角度对照表

③平行玻璃砖、激光、胶垫、白纸、大头针、量角器、正弦值角度对照表

Ⅳ

教师总结每组实验方案的优缺点并提出改进实验注意事项

①为了光路更清晰明确选用激光笔（提示：激光笔避免照射人的眼睛，使用时请注意）

②为了绘出光路图，需要白纸和固定白纸的胶垫（或木板）与大头针

③为了光路的更精确，选用大头针确定光路而不采用直尺或平手画

④描光路图的时候先画界面，再确定入射出射光，再补充法线

⑤最后用量角器测量出入射角与出射角

⑥代入公式进行计算

Ⅴ

每组分别进行实验并计算出折射率

实验心得体会：①木板插入大头针时插针过程比较艰难，且木板凹凸不平，影响光路的描

绘。②实验过程中需注意画完界面后不能移动平行玻璃砖③沿着光线插入大头针确定光路，不仅使光路更精确而且还能避免长时间注视激光。④量角器的读数因人而异造成实验的误差。

Ⅵ

若去掉自选器材激光，请重新实验

对照导学案的步骤，分组进行插针法的实验，在实验之前我着重说明及演示一次插针法。分组实验之后计算出这次的折射率

Ⅶ

课后思考：对比两次的实验结果，分析插针法误差大的原因。

六、总结

本节教学注重培养学生的物理实验的兴趣与规范的物理实验设计、操作及分析能力。利用分组进行自行的设计实验，培养学生与他人的合作交流能力。在简述自我设计实验的过程中培养学生的表述及自我反思的能力，体会集体的力量，做到尊重他人及他人的劳动成果。在对两种方法进行对比与分析的时候能够深入理解两种实验设计及其实验操作的步骤，并且能够对实验中产生的误差进行减小的措施，增强学生的物理分析能力与动手操作能力，做到理论与实践相结合。

分析两次实验结果发现插针法的误差更大，分析其原因可得：①利用视觉判断大头针是否重合随意性较大，同时操作上更难。②大头针本身有一定的线度不能忽略，透过玻璃砖看大头针的像误差很大③激光产生的光束形象直观，因为激光束本身也有宽度，所以采取大头针插入光束中央来减小误差。