实验：测定玻璃的折射率
［课时安排］1课时
［教学目标］：
（一）知识与技能
(1)．通过教师的演示，让学生探索出插针法确定光路的方法；
(2)．培养学生实验能力和根据实验数据进行分析、归纳、总结的能力；
（二）过程与方法
（1）用实验的方法测定玻璃的折射率。
（2）通过典型题目的练习，让学生自己在练习过程中学会如何应用折射定律，进而转化为技能技巧，达到熟练掌握的目的。
（3）明确入射光线、出射光线以及折射光线的关系。
（三）情感、态度与价值观
体验实验操作的乐趣，提高观察、分析、归纳问题的能力。养成探究物理规律的良好习惯，提高自身的科学素养。
［教学重点］
1．学会用插针法确定光路.
2．会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率．
3．会用图像法处理数据。
4.会用单位圆的方法处理本实验数据。
5.知道入射光线、出射光线以及折射光线的关系。
［教学难点］：
1．学会用插针法确定光路.
2．会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率．
3．会用图像法处理数据。
4.会用单位圆的方法处理本实验数据。
5.知道入射光线、出射光线以及折射光线的关系。
［教学器材］：塑料板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔、圆规．
［教学方法］：实验演示法，多媒体辅助教学
［教学过程］
课题
感应电流的方向
教学
目标
知识
①通过实验，探究出折射规律。总结出测定玻璃折射率的一般规律；
②通过教师的引导和讲解使学生领悟折射定律，通过思考得到确定光路的方法。
③能够运用折射定律解决问题。
能力
①通过实验教学，进一步培养学生观察实验，分析、归纳、总结规律的能力；
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②通过从猜测探究方法实验操作等一系列探索过程，培养学生获取知识，发展思维的能力；
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③培养观察能力、分析推理能力以及创新意识、发明意识等。
情感
①通过观察演示实验，和学生探索的过程渗透科学研究的方法，激发学生热爱科学、奋发学习的精神；
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②探索性实验符合“实践──认识──再实践──再认识”的规律，通过这个实验使学生形成辩证思维的方法和树立实践第一的观点。
重点
1．学会用插针法确定光路.
2．会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率．
3．会用图像法处理数据。
4.会用单位圆的方法处理本实验数据。
5.知道入射光线、出射光线以及折射光线的关系。
难点
1．学会用插针法确定光路.
2．会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率．
3．会用图像法处理数据。
4.会用单位圆的方法处理本实验数据。
课时
1课时
课型
探究型
教具
网络课件、塑料板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔、圆规
教学
程序
教师活动
学生活动
媒体作用
设计意图
引课
提问：
入射角是指哪个角？
折射角是指哪个角？
光由空气射入玻璃，哪个角更大？
折射率的定义式？
折射率的决定式？
二者有何区别？
让学生思考以上问题：?
过渡语：光线看得见摸不着，如何确定入射光线出射光线以及折射光线的位置？
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这不难，我们用插针法来判断。
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观察
思考?
观察
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思考
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录入
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阅读
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思考
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知道本节课的目的
给学生提供学习环境
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给学生提供展示自我的空间
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能够展示更多学生对该问题的见解
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问题导入激发学生学习兴趣
学生间相互学习
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知识准备
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知识复习
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?点明主题
新课
教学
实验
观察
思考
提供示范
为探究实验做准备
1.实验原理
如实验原理图所示，当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B，从而求出折射光线O1O2和折射角θ2，再根据n＝或n＝算出玻璃的折射率．
2?实验步骤
(1)用图钉把白纸固定在木板上．
(2)在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O点的法线NN′.
(3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针．
(4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐，并画出另一条长边的对齐线bb′.
(5)眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P3和P1、P2的像．
(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′，连接O、O′得线段OO′.
(7)用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.
(8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的，并取平均值．
3．数据处理
(1)计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ 2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角时的，并取平均值．
(2)作sinθ1－sinθ2图象：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sinθ1－sinθ2图象，由n＝可知图象应为直线，如实验原理图乙所示，其斜率为折射率．
(3)“单位圆”法确定sinθ1、sinθ2，计算折射率n.
以入射点O为圆心，以一定的长度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′.如实验原理图丙所示，sinθ1＝，sinθ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝.只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n.
4．注意事项
(1)用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面，严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb′.
(2)实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动．
(3)大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大一点，以减小确定光路方向时造成的误差．
(4)实验时入射角不宜过小，否则会使测量误差过大，也不宜过大，否则在bb′一侧将看不到P1、P2的像．
到学生中去，并进行个别指导。
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指导学生查看自己记录的实验结果与准确结果相比有无不同。
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让学生根据实验记录结果，分析、寻找实验规律。
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学生的可能情况分析：
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⑴大头针不竖直。
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⑵用手摸玻璃砖光学面。
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⑶用玻璃砖作图。
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分析：观察实验装置和表，看看有那些要素，让学生列举。
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⑷提前看书的学生说出了结论。
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分析：让他详细解释后，其他同学质疑。
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板书（如下）
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典型例题讲解
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到学生中去，作个别辅导。
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根据学生对例题的解读情况，提示作的快的学生，进入自我检测环节。
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让学生在论坛里留下自己通过本节课的学习，最想问的一个问题。
思考讨论
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操作探究
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操作实验
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动画演示
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查看准确实验结果
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通过论坛讨论，各小组有相互商量的输入的等。
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学生又输入自己的见解
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根据学生的不同状况，不同的回答共同探讨
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学生自学，相互讨论
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部分看例题
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部分做自测
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学生又讨论输入自己的问题
给学生提供实验数据共享的平台
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只有媒体能给学生提供这么宽泛、自由的学习环境
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给学生充分讨论提供阵地
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给学生呈现实验记录，及动画模拟实验，以方便随时操作
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清楚展示
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典型例题中配有讲解，动画模拟等，且可以通过论坛提问
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能让每个学生都能动手动脑，展示自我，发展差异
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提供师生课后交流的空间
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培养探究意识、协作精神。激发学生的学习兴趣
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根据学生基础、喜好等，自由选择
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统一实验结果为下一步的讨论准备
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让学生主动地学习，自主地学习，大胆地发表自己的见解。
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培养学生自主学习、解决问题的的能力
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培养总结能力
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让学生自主学习，协作学习
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发展学生的差异，培养学生快速解决问题的能力
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让学生带着问题下课，发掘学生思考问题的能力
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板书
实验：测定玻璃的折射率
实验目的 四、实验步骤
二、实验原理 五、注意事项
n＝ 六、数据处理
三、实验器材 七、误差分析
小结：
插针法确定光路
多种方法处理数据，图像法，单位圆法，辅助线段法；
误差分析
布置作业
学案
［教学反思］：
1.尽量让学生参与实验中来，然后让学生通过实验体验说出自己的真实感受。这样得到的实验效果会更具说服力，要比老师演示实验得出实验结论效果更好一些。
2.在分组时候要注意分层次组合。即每个小组都要有优秀生、中等生和后进生。让优秀生去带动中等生和后进生。给优秀生创造展现自我风采的机会的同时给其他同学带来实实在在的好处。
3.分组宜更加细化，让每一个学生参与其中，调动所有人。真真正正做到让每一个学生都能在课堂上有所收获。
4.要关注所有的学生，尊重学生的个性差异。让不同学生都获得相应的提高。
课件15张PPT。实验:测定玻璃的折射率§13 光高二物理人教版选修3-4
温故而知新入射角是指哪个角？
折射角是指哪个角？
光由空气射入玻璃，哪个角更大？
折射率的定义式？
折射率的决定式？
二者有何区别？-1-一、实验目的
测定玻璃的折射率。
二、实验原理
如图所示,通过插针法找出跟入射光线对应的出射光线,从而找出折射光线和折射角θ2,再根据n= 求出玻璃的折射率。1-1-三、实验器材
塑料板、白纸、玻璃砖、大头针、量角器、刻度尺、铅笔。
四、实验步骤
1. 把白纸铺在塑料板上。1-1-2.在白纸上画一直线aa'作为界面,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。
3.把长方形玻璃砖放在白纸上,并使其长边与aa'重合,再用刻度尺画出玻璃砖的另一边bb'。
4.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。
5.从玻璃砖bb'一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb'一侧插上两枚大头针P3、P4,使P3能挡住P1、P2的像,P4能挡住P3本身及P1、P2的像。
6.移去玻璃砖,在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置,过P3、P4作直线O'B交bb'于O'。连接O、O',OO'就是玻璃砖内折射光线的方向。∠AON为入射角,∠O'ON'为折射角。
7.改变入射角,重复实验。1-1-五、注意事项
1.实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O'之间距离要稍大一些。
2.入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。当θ1太大时,反射光较强,出射光较弱;当θ1太小时,入射角、折射角测量的相对误差较大。
3.操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线。
4.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。1-1-六、数据处理
1.计算法
用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的 ,并取平均值。
2.作sin θ1-sin θ2图象
改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sin θ1-sin θ2图象,由n= 可知图象应为直线,如图所示,其斜率为玻璃的折射率。1-1-3.辅助线段法
利用刻度尺作辅助线,测出辅助线的长度大小,求玻璃的折射率。1-1-4.单位圆法 1-1-七、误差分析
1.入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故在入射侧和出射侧所插两枚大头针的间距应大一些。
2.入射角和折射角的测量造成误差。入射角应适当大一些,可以减小测量的相对误差。1-1-典例 在测定玻璃折射率的实验中:
(1)某同学实验插针的步骤如下
(2)以通过P1、P2的直线与玻璃砖的交点O为圆心,以某一适当长度R为半径画圆,与OA交于A,与OO'的延长线交于C,如图所示,过A、C分别作玻璃砖界面的法线MN的垂线,图中B、D分别为垂足,用刻度尺量得AB=45 mm,CD=30 mm,则玻璃砖的折射率为 。?A.在表示入射光线的AO上插上大头针P1、P2;
B.通过玻璃砖观察P2、P1,调整视线,直到P1的像被P2的像挡住;
C.再观察一侧插上大头针P3、P4,记下P3、P4的位置。
这位同学在操作中有什么重要疏漏? ?-1-(3)在测定玻璃的折射率的实验中,对一块两面平行的玻璃砖,用“插针法”找出与入射光线对应的出射光线,现有甲、乙、丙、丁四位同学分别做出如图所示的四组插针结果。
①从图上看,肯定把针插错了的同学是 。?
②从图上看,测量结果准确度最高的同学是 。?-1-答案: (1)插针时应使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P1、P2、P3的像 (2)1.5 (3)丙 丁
解析: (1)这位同学在操作中的重要疏漏是:插针时应使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P1、P2、P3的像。-1-(3)
①作出光路图如图所示,可知丙图出射光线与入射光线在同一直线上,肯定把针插错了。
②入射角和折射角较大,角度测量的相对误差较小,计算出的折射率准确度高,从图上看,测量结果准确度最高的同学是丁。课后作业：
1.重温实验
2.完成学案评测练习
1．实验原理
用插针法确定光路，找出与入射光线相应的出射光线，就能在玻璃砖中画出对应的折射光线，从而可以测出一组对应的入射角和折射角，根据折射定律，便可求出玻璃的折射率．
2．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．
3．操作步骤
(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，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适当大些．如图1所示．
图1
(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画一条直线bb′.
(5)在玻璃砖的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P1、P2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P3本身及P1、P2的像．
(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次，量出相应的入射角和折射角．
(10)算出不同入射角时的值，求出几次实验中的平均值就是玻璃的折射率．
4．注意事项
(1).实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O'之间距离要稍大一些。
(2).入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。当θ1太大时,反射光较强,出射光较弱;当θ1太小时,入射角、折射角测量的相对误差较大。
(3).操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线。
(4).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
课后练习：
1.在用插针法测定玻璃折射率的实验中，学生的实验方法和步骤完全正确，但测后发现玻璃砖的两个光学面不平行，则( )
A．入射光线与出射光线一定不平行，测量值偏大
B．入射光线与出射光线一定不平行，测量值偏小
C．入射光线与出射光线一定不平行，测量值仍然正确
D．入射光线与出射光线可能平行，测量值仍然正确
2．在“测定玻璃折射率”的实验中，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图象如图所示．当光线是由空气射入玻璃砖时，则θ1和θ2中为入射角的是________；当光线由玻璃砖射入空气时，临界角的正弦值是________；从图象可知玻璃砖的折射率是________．
3．“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D.在插入第四个大头针D时，应使它________．如图所示是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a′是描在纸上的玻璃砖的两个边．根据该图可算得玻璃的折射率n＝________．(计算结果保留两位有效数字)
4．如图所示，画有直角坐标系Oxy的白纸位于水平桌面上．M是放在白纸上的半圆形玻璃砖，其底面的圆心在坐标原点，直边与x轴重合，OA是画在纸上的直线，P1、P2为竖直地插在直线OA上的两枚大头针，P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针，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．只要直线OA画得合适，且P3的位置取得正确，测出角α和β，便可求得玻璃的折射率．某学生在用上述方法测量玻璃的折射率时，在他画出的直线OA上竖直地插上了P1、P2两枚大头针，但在y＜0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像，他应采取的措施是____________________．若他已透过玻璃砖看到了P1、P2的像，确定P3位置的方法是____________________．若他已正确地测得了α、β的值，则玻璃的折射率n＝________．
5．在利用插针法测定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，如图所示，则他测得的折射率________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．
6．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径BC、EF，在半径OA上垂直盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆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，同学们通过计算，预先在圆周EC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．则：
(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为________．
(2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率值大？答： ________．
第6题图
7．用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，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，在纸上标出大头针位置和三棱镜轮廓，如图所示．
(1) 在图上画出所需的光路．
(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是________．
(3)计算折射率的公式是n＝________．
