2. 学生实验：测定玻璃的折射率ppt专用说课稿内容

第四章

光的折射

二、学生实验：测定玻璃的折射率

教学目标

1、测定玻璃的折射率。

2、培养学生的动手实验能力。

重点难点

重点：测定玻璃折射率的原理与方法

难点：如何准确找到折射光线的传播方向

设计思想

学生在上一节课已经学习了光的折射定律，本节课通过让学生亲自动手设计实验来测定玻璃的折射率，可以深化学生对折射定律的理解和认识，同时也进一步培养了学生的创新思维，提高了学生分析问题、解决问题的能力。

教学资源

多媒体课件；实验器材：一块两面平行的玻璃砖，白纸，木板，大头针（4枚），量角器（或圆规、三角板），刻度尺

教学设计

【课堂引入】

问题：如何通过实验来测定介质的折射率？

今天这节课我们一起来测定玻璃的折射率。

【课堂学习】

学习活动一：用“插针法”测定玻璃的折射率

问题1：实验原理是什么？

如图所示，要确定通过玻璃的折射光线，是通过插针法找出跟入射光线OA对应的出射光线O′B，就能求出折射光线OO′和折射角r.再根据折射定律就可计算出玻璃的折射率

n=sini

sinr问题2：需要用到哪些实验器材？

长方体型玻璃砖；白纸；木板；大头钉；图钉；三角板；量角器；铅笔

问题3：如何安排实验步骤？

（1）把白纸用图钉钉在木板上. （2）在白纸上画一条直线aa′作为界面，画一条线段AO作为入射光线，并过O点画出界面aa′的法线NN′.

（3）把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边跟aa′对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb′.

（4）在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2. （5）在玻璃砖的bb′一侧竖直地插上大头针P3时，用眼睛观察调整视线要使P3能同时挡住P1和P2的像. （6）同样地在玻璃砖的bb′一侧再竖直地插上大头针P4时，使P4能挡住P3本身和P1、P2的像. （7）记下P3，P4的位置，移去玻璃砖和大头针，过P3、P4引直线O′B与bb′交于O′点，连结OO′，OO′就是玻璃砖内的折射光线的方向.入射角i=∠AON，折射角r=∠O′ON′.

（8）用量角器量出入射角i和折射角r的度数

（9）从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记入自己设计的表格里. （10）用上面的方法分别求出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据也记在表格里. （11）算出不同入射角时中测的sini的值.比较一下，看它们是否接近一个常数，求出几次实验sinrsini的平均值，就是玻璃的折射率. sinr问题4：实验中有哪些值得注意的事项？

1.插针P1与P2,P3与P4的间距要适当地大些,不要靠得太近,选择玻璃砖时其宽度宜大些,这样可减小确定光路方向时出现的误差,提高测量的准确度.另外,插针要竖直. 2.入射角不能太小(接近零度),也不能太大(接近90°),最好选在30°到60°之间,因为入射角太小时,折射角就更小,测量的相对误差增大,而入射角太大时,导致反射光太强,折射光太弱,不易观察,很难确定P3,P4的位置. 3.如果插针P1,P2的入射光线的折射光线射向玻璃砖右侧,且入射角又大于某一数值,会出现隔着玻璃砖沿P2,P1的方向观察不到P1,P2两插针的情况,此时的光路图如图所示,遇到这种情况,可将玻璃砖沿aa′界面向右平移.

问题5：数据处理还可以有其它方法吗？

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,再代入n=sin1中求出玻璃的折射率.除运用此sin2法之外,还可运用以下处理数据的方法. (1)平均值法:在找到入射光线和折射光线以后,以入射点O为圆点,以任意长为半径画图,分别与AO交于C点,与OO′(或OO′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,如图所示,由于sinα=CCDDCCsin,sinβ=,而CO=DO,所以折射率n=

=. CODODDsin重复以上实验,求得各次折射率计算值,然后求出平均值即为玻璃砖折射率的测量值. (2)图象法:根据折射定律可得:n=因此有：sinθ2=sin1. sin21sinθ1. n1，故玻璃的n可利用sinθ2-sinθ1图象处理数据：

如图所示，可得到一条过原点的直线，求解图线的斜率，设斜率为k,则k=折射率n=1. k

学习活动二：本实验的误差分析

问题1：本实验的误差来源可能有哪些？

（1）插针时P3、P4位置不准确，造成光路确定不准确. （2）在确定bb′时，玻璃砖发生移动. （3）测入射角、折射角时存在偶然误差.为了尽量减小实验误差，在插针时透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P2挡住P1的像.再在观察的这一侧插两枚大头针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. 问题2：在利用插针法测定玻璃折射率的实验中：（1）甲同学在纸上确定玻璃砖的另一个界面bb′时，不自觉地碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许，如图（甲）所示.则他测出的折射率值将___________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）；

（2）乙同学在画界面时，不自觉地将两界面aa′,bb′间距离画得比玻璃砖宽度大些，如图（乙）所示.则他测得的折射率___________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）.

解析：（1）如图（甲）所示甲同学利用插针法确定的入射角不受影响，但测得的折射角比真实值偏小，所以测得的折射率偏大.

（2）如图（乙）所示，乙同学利用插针法确定入射光线、折射光线后，测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率偏小. 答案：偏大

学习活动三：测定非长方形玻璃砖的折射率

问题1：如果我们没有长方形玻璃砖，还能完成本实验吗？

如果没有两面平行的玻璃砖使用三棱镜,半圆形玻璃砖等,也能测出这些形状玻璃的折射率.仍然采用插针法,以三棱镜为例,可以按如图所示确定入射光线AO,出射光线O′B,则OO′为折射光线,用量角器量出θ1,θ2,即可求出折射率n=【课堂小结】

问题1：实验原理和步骤是什么？

问题2：本实验的误差来源可能有哪些？

问题3：如何测定非长方形玻璃砖的折射率？

【板书设计】

第二节

测定玻璃的折射率

一、实验原理：折射定律

二、实验步骤

三、数据处理的方法

四、误差分析

课堂反馈

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．玻璃砖的宽度宜大些

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P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些

偏小

sin1. sin2

2.某同学做测定玻璃折射率实验时,用他测得的多组入射角θ1

与折射角θ2作出sinθ1-sinθ2图象如图所示.下列判断中哪些是正确的

(

) A．他做实验时，研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象

B．玻璃的折射率为0.67 C．玻璃的折射率为1.5 D．玻璃临界角的正弦值为0.67 3.在测定玻璃的折射率实验中，所用玻璃砖的两表面aa′和bb′不平行，如图所示，所测得的折射率将(

)

A．偏大

B．偏小

C．不变

D．无法确定

4.在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，

(1)

在下图中画出完整的光路图；

(2)

对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留3位有效数字) (3)

为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的两枚大头针，其对应出射光线上的两枚大头针是P3和________(填“A”或“B”)

参考答案：

1、ACD

2、ACD

3、C

4、（1）略

（2）1.51

（3）A

课后测评

1.如图所示，用底面是半圆形的玻璃砖做测定玻璃折射率的实验.在白纸上画直角坐标系xOy,玻璃砖M放在白纸上，其底面的圆心在O点，直边与x轴重合.OA是画在纸上的直线，P3能挡住P1、P2的像，α是直线OA与y轴正方向的夹角，β是直线OP3与y轴负方向的夹角.测出角α和β，便可求得玻

璃的折射率.已知该玻璃砖的折射率在1.5～1.8之间，以下操作正确的是(

) A.让α=30°

B.让α=60°

C.让α=75°

D.使P1、P2间的距离适当大一些

2.在做“测定玻璃的折射率”的实验时，某同学为了避免笔尖接触玻璃砖表面，画出的两条直线a′b′和c′d′都比玻璃砖的实验侧面向外平移了一些（如图所示），其他操作都正确，画出光路图时他也以a′b′和c′d′直线为标准找出两个交点O、O′，连成折射光线OO′以后再进行测量和计算，他测出的玻璃折射率n值将_____________. 3.如图所示是一透明的圆柱体，其半径为R.现要测其折射率，某同学利用玩具激光器等器材，仅用量角器测量入射角，就计算出了它的折射率.他的主要实验步骤如下，请将操作步骤C补充完整，并在图中作出光路图，写出折射率的表达式. A.用圆规在白纸上画半径为R的圆，并画出一条直径AB；

B.透明的圆柱体放在白纸上，使其边缘与半径为R的圆重合；

C.让激光束平行AB射向圆柱体，调整入射光线的入射点，使____________；

D.记下入射点，画出入射角；

E.用量角器测量入射角α，则折射率的表达式为_____________. 4.学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器.如图所示，在一个圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直线BC、EF.在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针P1、P2，并保持位置不变.每次测量时让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P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像.同学们通过计算，预先在BC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值. (1)若∠AOF=30°,OP3与OC的夹角为30°,则P3处所刻折射率的值为___________．

(2)图中P3､P4两位置哪一处所对应折射率值大?

_________________. (3)作AO的延长线交圆周于K,K处对应的折射率值应为

_____________.

参考答案：

1、AD

2、偏小

3、折射光线过B点

光路图如下图所示

n=sin

4、(1)1.73 (2)P4

(3)1

sin/2