4.2 科学测量：玻璃的折射率(共15张PPT)课件 2024-2025学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

(共15张PPT)
第四章 光的折射和全反射
第2节 科学测量：玻璃的折射率
真的是钻石吗？
材料的折射率是光学材料的重要指标。
例如，在制造汽车挡风玻璃时，对折射率和形状都有十分严格的要求;
在钻石鉴定过程中，常常根据折射率的大小来判断钻石的真伪。
根据折射定律可以测量玻璃的折射率。
汽车挡风玻璃
1. 会测量玻璃等材料的折射率。
2. 知道用插针法确定光路图。
3.能正确处理实验数据，知道实验的注意事项，会进行实验的误差分析。
实 验
测量玻璃的折射率
长方形玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。
用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的出射光线，用量角器测入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律 ，计算出玻璃的折射率。
1. 实验原理
2. 实验器材
3. 实验步骤
（1）铺纸（将白纸用图钉固定在木板上）；
（2）在白纸上画一条线 a 作为界面，过 a 上的一点 O（作为入射点）画法线 NN ′ ，并画 AO 作为入射光线；
（3）把玻璃砖放在白纸上，使它的一边与 a 对齐（确保 O 为实际入射点），确定玻璃砖的另一界面 a′（确保出射点准确）；
（4）在直线 AO上竖直插大头针 P1、P2，透过玻璃砖观察大头针 P1、P2 的像，调整视线让 P2 挡住 P1 的像。再在另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、P2、P1 的像，记下 P3、P4 位置；
（5）移去大头针和玻璃砖，过 P3、P4 所在处作直线 DC 与 a′交于O ′（作为实际出射点），直线 O ′D 代表沿 AO 方向的入射光通过玻璃砖后的传播方向；
（6）连接 OO ′，入射角 1=∠AON ，折射角 2＝ ∠N ′OO ′，用量角器量出入射角和折射角，求出对应的正弦值，记录在表格中；
（7）用上述方法求出入射角分别为300、450、600时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中；
（8）算出不同入射角时的入射角与折射角的正弦比值，最后求出几次实验的平均值为折射率。
以sin θ1值为横坐标、以sin θ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示。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 k，则，故玻璃砖折射率 。
（2）图象法
4. 数据处理
（1）平均值法
算出不同入射角时的比值 ，最后求出在几次实验中所测的的平均值，即为玻璃砖的折射率。
在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与 AO交于C点、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 , ，且CO＝DO，所以折射率。
（3）作图法
（1）实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且 P1和 P2之间，P2与 O点之间， P3与 P4之间，P3与 O′点之间距离要稍大一些。
（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，也不宜太小。
（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。
5. 注意事项
（1）入射光线和出射光线确定得不够精确，因此要求插大头针时，两大头针间距应适当大一些。
（2）入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。
6. 误差分析
1.在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路图如图所示，对实验中的一些具体问题，下列说法正确的是（　　）
A．若P1、P2 的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2 的像
B．实验中为方便操作可用玻璃砖代替尺子画线。
C．为了减小作图误差，P3 和 P4的距离应适当大一些
D．为减小测量误差， P1、P2 连线与玻璃砖界面法线的夹角越大越好
C
2.如图所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边MN和PQ，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，再插上大头针P3、P4，然后做出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。关于此实验，下列说法中正确的是（　　）
A.大头针P4 须挡住P3及P1、P2的像
B.入射角越大，折射率的测量越准确
C.利用量角器量出i1、i2，不可求出玻璃砖的折射率
D.如果误将玻璃砖的边PQ画到P′Q′，折射率的测量值将偏大
A
3.某同学由于没有量角器,他在完成了光路图后,以O点为圆心,10 cm为半径画圆,分别交线段OA于A点,交线段OO'的延长线于C点,过A点作法线NN'的垂线AB交NN'于B点,过C点作法线NN'的垂线CD交NN'于D点,如图所示。用刻度尺量得OB=8 cm,CD=4 cm,由此可得出玻璃的折射率n= 。
1.5
4.在利用插针法测量玻璃折射率的实验中:
(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa'和bb'后,不小心碰了玻璃砖使它向aa'方向平移了少许,如图甲所示。则他测出的折射率将　　　　　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”);
(2)乙同学在画界面时,不小心将两界面aa'、bb'间距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”)。
答案 (1)不变　(2)偏小