2. 学生实验：测定玻璃的折射率优质课教案设计

测定玻璃折射率教学设计

自贡市第一中学校

涂超

三．设计过程：

授课班级

高二（13 ）班，理科普通班

教学目标 知识目标

1、掌握插针法测折射率的方法

能力目标 提高实验操作能力和数据处理能力

德育目标 1、激发学生对物理实验及物理理论学习的兴趣

2、培养团体协作和共同面对困难的精神

教法

主体引导法，自学辅导法

学法

阅读教材，自主探究，小组合作，“找茬法”

教学重点

测定两面平行的玻璃砖的折射率

教学难点

测定玻璃折射率的方法的掌握与能力的培养

实验目的 1、

学会测定折射率的方法

2、

掌握测定两面平行玻璃砖的折射率的基本操作

授课时间 2019 年 4月 17 日 第 2 节课

实验仪器：玻璃砖、量角器、白纸、铅笔、直尺、计算器、木板、图钉、大头针

（说明：由于新授课过程中实际演示实验学生不便观察实验步骤和现象，故而采用大矩形纸盒代替玻璃砖，以黑板作为“白纸”，以粉笔在黑板上描点代替插针，实验过程模拟进行）

实验原理：用插针法确定出射光线，找出跟入射线相应的折射线；用量角器测出入射角i和折射角r；根据折射定律计算出玻璃的折射率nsini。

sin复习导入

师：什么是折射定律？

折射定律：入射光线/折射光线和法线在同一平面内，入射光线与折射光线分居法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数。

生：(学生回答并点拨) 师：那我们如何测定玻璃砖的折射率？现在请大家用五分钟的时间预习本节课的内容并完成导学案第一个和第二个内容。

新课教学

一．学生在预习并完成第一和第二个内容（见导学案）的过程中，教师观察并指导学生完成，遇到个别同学的问题可以当时纠正以加深印象。之后找一位有共性错误的学生宣读自己的结果（这个学生一般要找性格开朗点的，因为内向的学生不容易接受在很多人面前出错）

如：一.问题的最后一空，他填的是n=sinα/sinβ。这里就强调填空题乃至计算题一定要用题目中所给的参量表示。

二．实验所需要的器材要求学生不要死记硬背，因为每个实验都可以有多种方法去解决，实验器材是根据你设计的实验而定的。

如：量角器可以用圆规取代。量角器是直接量出角度进行计算，而用圆规则可以依据数学知识去解决。

三．请一位同学上台演示实验过程

这个环节是本节课的重点，在选演示者的时候尽量不要选学习比较好的学生，而是选大胆但比较粗心的学生，这样才能达到这节课的目的（也就是大家都能找出很多“茬”）。

在演示者演示的过程中可以隐晦的提示大家尽可能多的找出问题，并把发现的问题记录《导学案》上。

在演示者演示完后，由大家举手发言，要求是每人只能说出一个问题，这样就能给更多的同学发言的机会。当然找出问题的同时最重要的是要说出为什么错了。要求学生在《导

学案》上记录上自己没有找出的问题。

如：

生：实验过程中，入射角太小了。

师：那入射角太小为什么不行呢？

生：若入射角i过小，折射角将更小，测量误差更大，因此画入射光线AO时要使入射角i适中。

入射角i应在15°~75°范围内取值，若入射角i过大。则由大头针P1、P2射入玻璃中的光线量减少，即反射光增强，折射光减弱，且色散较严重，由玻璃砖对面看大头针的虚像将暗淡，模糊并且变粗，不利于瞄准插大头针P3、P4。

若入射角i过小，折射角将更小，测量误差更大，因此画入射光线AO时要使入射角i适中。

生：P1与P2间距太小了

师：为什么P1与P2间距不能太小呢？

生：P1与P2间距太小的话不容易确定光路，或者说光路确定不准备

此时教师可以在黑板上进行演示，以增加学生的理解和记忆。

如此形式让学生把记录的不相同的问题解答完之后，再给学生一分钟时间整理，抽查一位同学将记录下来的所以的注意事项都叙述一遍（这个环节一般找比较优秀的学生以减少出错的几率来节省时间），教师在黑板上板书。

本实验的实验步骤也在演示过程中得到了展示，不要求学生死记硬背，让学生体会到起点到终点不只有一条路，以达到开阔学生思维的目的。

四．师：请有量角器的同学举手（只有个别同学举起了手）

本实验要求求出入射角和折射角的正弦值，那么我们手头都没有量角器又如何来求正弦值呢？现在请大家思考有没有不用量角器就能达到实验目的的方法。

思考后请一位学生上黑板演示，但他上台后却愣住了，原因是他没找到教学用的木质圆规。我看着他微笑，他也不好意思，于是我就提醒他有没有什么能代替圆规的？他恍然大悟，迅速从前排同学那里撕了一段透明胶带就画起了圆。（这个也是我有意没准备的，想让大家明白身边的很多东西都能帮助我们实验，也是最好的实验器材）

之后就用数学方法解决了这个问题，大家也都很容易听明白了。

教师也要随即强调圆要适当的画大一点以减小误差，并告诉大家一定注意我们要计算的是入射角的正弦值和折射角的正弦值，所以，一定要注意找准圆与入射光线和折射光线的焦点，切忌不要找成出射光线与圆的焦点，这个问题要细心，大家也容易理解。

五．练习

（见导学案六）

此练习有针对性，一个能对本节课有巩固作用，另外让大家知道插针法是适用于多样性的玻璃体结构的光学仪器的，并不仅限于课本中的玻璃砖，让学生开阔视野。

六．思考

在测定玻璃砖折射率的实验中，某人在画玻璃砖下界面bb′时，上界面超过了aa′直线一段距离，但aa′跟bb′仍然平行，如图2所示，如果其它操作不变，他测得玻璃砖的折射率比真实值将如何变化？

此思考题是本实验的另一重点及难点----误差分析，目的在于提高学生对知识的深度理解、训练学生能理性的分析问题的能力！

<导学案>

一．实验原理：当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过

找出跟入射光线AO对应的出射光线的EF，从而得出折射光线OE，以及入射角i和折射角r，再根据

算出玻璃的折射率. 二．实验器材：

三．实验步骤：此项要求大家认真观察和体会，不用详细写出。

四．请大家记录演示者在实验过程中有问题的地方（找茬）

学生可能记录以下内容：

1．把玻璃状当尺子

2．入射角选取过小

3．光线要标出箭头

4．每一侧的两枚大头针的间距太小了

5．应该多次测量求平均值

6．手不应该碰玻璃砖的光学面

7．。。。。。。。。。。8。。。。。。。。等

五．数据处理：

数据组次

1 2 3 4 5 入射角θ1 折射角sinθ1 θ2 sinθ2 n 均值

折射率n的平

【导思】请同学们思考，还有没有其它的数据处理方法？

处理方式(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AO交于C点，与00’(或00’的延长线)交于D 点，过C、D两点分别向NNl作垂线，交NN’于C’、

D’，用直尺量出CC’和DD’的长。如图3-81所示。

CC'DD' 由于sin， sin

CODO 而CO=DO 所以折射率

nsinCC'

1sinDD' 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：

处理方式(2)：根据折射定律可得 nsin

sin 因此有 sin1sin

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sina值为横坐标、以sinβ值为纵坐标，建立直角坐标系。如图3-82所示。描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。

求解图线斜率，设斜率为k，则k故玻璃砖折射率n1。

n1

k

六．练习：

用一横截面为半圆形的玻璃柱体做“测定玻璃折射率”的实验，先在白纸上放好玻璃柱体,在玻璃柱体的P

×

1上侧插上两枚大头针P1和P2,然后在玻璃柱体的下侧观i ×P2

O 察,调整视线使P1的像被P2挡住.接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像.P4挡住P3和P1、P2的像,在纸上标出的大头针位置和玻璃柱体轮廓如图7r所示。

×P

3

①在本题的图上画出所需的光路

图7 ②为了测出棱镜玻璃的折射率,需要测量的量×

P4

是

,

,在图上标出它们。

③计算折射率的公式是n=

七．思考：

在测定玻璃砖折射率的实验中，某人在画玻璃砖下界面bb′时，上界面超过了aa′直线一段距离，但aa′跟bb′仍然平行，如图2所示，如果其它操作不变，他测得玻璃砖的折射率比真实值将如何变化？