第四章 专题：测量玻璃的折射率课件 (共28张PPT) 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修1

(共28张PPT)
第四章　光
专题：测量玻璃的折射率
如图为几种介质的折射率，我们发现不同介质对光的折射能力不同。
玻璃是生活中随处可见的一种透明介质，光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射，我们应该如何测量玻璃的折射率？
一、实验思路
2.物理量的测量：
根据折射定律n＝ 可知，通过测量光从空气进入玻璃发生折射过程中的入射角θ1与折射角θ2，两角的正弦值之比即为该种玻璃的折射率。
入射角θ1和折射角θ2
1.实验原理
二、实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(3～4枚)、量角器、直尺、铅笔。
1.把白纸用图钉钉在木板上。
2.用直尺画一条平行于玻璃砖一个面的一条直线aa′作为界面，过aa′上一点O作垂直于aa′的直线NN′作为法线，过O点画一条入射光线AO，使入射角θ1适当____些，如图所示。
大
三、实验步骤
P1、P2间距适当大一些，不要靠的太近。
3.在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa′重合。
4.沿玻璃砖的另一侧面用直尺画一条直线bb′。
P3、P4间距同样适当大一些
5.在玻璃砖bb′一侧白纸上竖直地立一枚大头针P3，调整视线，同时移动大头针P3的位置，当P3恰好能同时挡住玻璃砖aa′一侧所插的大头针________的像时，把大头针P3插好。
6.在玻璃砖bb′一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住___，同时也能挡住___________。
P1、P2
P1、P2的像
P3
7.记下P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4连一条直线BO′交bb′于O′点，连接OO′，OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为θ2。
8.用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小。
9.改变入射角θ1，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角。
四、数据分析
实验次数 入射角θ1 sin θ1 折射角θ2 sin θ2 的平均值
1
2
3
1.计算法：通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的
正弦值，再代入n＝ 中求出多个n的值，然后取其平均值，即为玻璃
砖的折射率。
过原点的直线
折射率
3.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′，分别交NN′于点H、H′，如图所示。
五、误差分析
本实验的系统误差主要来源于确定光路的过程中，偶然误差主要来源于角度的测量及运算求解的过程中。
六、注意事项
1.所用玻璃砖要适当厚一些。
2.实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。
3.不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用。
4.大头钉应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2、P3与P4间的距离应适当大些。
5.实验中入射角不宜过小或过大。
圆形刻度盘下方有一半圆形玻璃砖，红色激光器对准玻璃砖与空气分界面的圆心处，改变入射角度，同时记录几组对应的入射角与折射角。进行数据处理。也可以求出玻璃砖的折射率。
创新方案：使用激光器测量折射率
1.(2023·重庆渝中巴蜀中学高二期末)如图所示，在用插针法测量玻璃折射率的实验中，两位同学先把方格纸固定在木板上。在方格纸上画出一条直线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。再把玻璃砖放到方格纸上，使其上边
界与aa′重合，画出玻璃砖的下界面bb′的位置。在直线AO上插两枚大头针P1和P2，再在玻璃砖的另一侧插上大头针P3和P4。确定光路后利用折射定律计算折射率。
(1)关于本实验，下列说法正确的是__________；
A.实验时入射角越大越好
B.插大头针时应使P1和P2、P3和P4的间距稍大一些，
可以减小误差
C.插大头针时，大头针应垂直纸面插放
D.该实验只能测量两面平行的玻璃砖的折射率
√
√
(2)利用上述方格纸上的实验记录，计算此玻璃砖的折射率为_____；(可以用分数或根号表示)
(3)某同学在画好玻璃砖的上下边界之后，插针之前，不小心碰到了玻璃砖，使其向上平移了一小段距离，该同学并没有发现，则该同学测出的折射率与真实值相比_____。(填“偏大”“偏小”或“不变”)
不变
2.(2023·黑龙江双鸭山一中期中)如图所示，在“测玻璃的折射率”实验中：
(1)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度______。(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。
大
(2)在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示，从图线可知玻璃砖的折射率是______。
1.5
(3)该实验小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线P1O、折射光线OO′的延长线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如
图甲所示，则玻璃砖的折射率n＝____(用图中线段的字母表示)。
(4)在用针插法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙二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乙中(a)、(b)所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比______；乙同学测得的折射率与真实值相比______(均选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
偏小
不变
3.(2023·河南南阳市高二期中)如图所示，某同学为了测量截面为正三角形的三棱镜玻璃折射率，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的右侧观察到P1像和P2像，当P1的像恰好被P2的像挡住时，插上大头针P3和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三棱镜轮廓如图所示。
(1)画出对应的光路图；
A
B
C
×
×
×
×
P1
P2
P4
P3
θ1
θ2
(2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率，若以AB作为分界面，需要测量的量是_________和_________，在图上标出它们；
入射角θ1
折射角θ2
(3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n＝______；
(4)若在测量过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置底边仍重合)，则以AB作为分界面，三棱镜材料折射率的测量值______(填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
大于
求其他形状玻璃砖的折射率
“测量玻璃的折射率”实验中，也可以用三棱镜、半圆形玻璃砖等进行测量.实验中只要利用“插针法”定出入射光线和出射光线，其与界面的交点就是入射点和出射点，连接入射点和出射点就能作出折射光线，一样可以测出折射率.光路图如图所示.
4.某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm。玻璃的折射率n＝_____，光在玻璃中的传播速度v＝________ m/s(光在真空中的传播速度c＝3.0×108 m/s，结果均保留两位有效数字)。
1.2
2.5×108
实验原理：
一、实验思路
实验：测量玻璃的折射率
二、实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(3～4枚)、量角器、直尺、铅笔
物理量测量：入射角θ1、折射角θ2
三、实验步骤
1.固定白纸 2.确定光路图
3.测量入射角和折射角 4.重复实验
四、数据分析
公式法（平均值法）
图像法
单位圆法
五、误差分析
六注意事项