(共36张PPT)
高中物理选修3-4
实验：测定玻璃的折射率
空气
玻璃
θ1
θ2
小游戏：请你不要借助任何工具，将4枚大头针竖直插在木板上，并确保它们在同一条直线上。
利用插针法测定玻璃砖的折射率线
一、实验原理
空气
玻璃
θ1
θ2
二、实验器材
定位玻璃砖
（一）确定入射光线
三、实验操作
定位玻璃砖
（一）确定入射光线
三、实验操作
（二）标定透射光线
三、实验操作
（三）测量折射角
三、实验操作
四、数据处理
θ1
θ2
sinθ1
sinθ2
n
1
2
3
4
5
n
=
1.528
45°
27.5°
15°
30°
60°
75°
9.8°
19.0°
34.5°
39.4°
0.707
0.259
0.500
0.866
0.966
0.462
0.170
0.326
0.566
0.635
1.530
1.524
1.534
1.530
1.521
O
sinθ1
sinθ2
如果有位同学实验时，忘带量角器了，但手头有一个圆规，你能帮他想办法完成实验吗？
如果该同学也没有带圆规，你能帮他想办法完成实验吗？
如果玻璃砖上下表面不平行，还能用插针法测量其折射率吗？
对于测量横截面为圆形、半圆形、三角形、长方形的柱状玻璃砖，插针法都适用。
五、注意事项
1.玻璃砖应选用宽度相对较大的，若宽度太小，则测量误差较大。
2.用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能直接用手触摸玻璃砖的光学面。
3.严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖界面aa′和bb′，以免划伤玻璃砖。
4.实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。
注意事项：
5.大头针应该竖直地插在白纸上，且玻璃砖每一侧的两枚大头针P1
与P2间、P3与P4间的距离应适当大一些，以减小确定光路方向时造
成的误差。
6.实验时，入射角不宜过小，否则会增大测量角度的误差；入射角
也不宜过大，因为入射角太大时，折射光线太弱。
拓展提升：一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的（光线不能通过表面）。现要测定此玻璃的折射率，给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚（P1、P2、P3、P4）、带有刻度的直角三角板、量角器。
拓展提升：实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直。在纸上画出直线aa′和bb′，aa′表示镀银的玻璃表面，bb′表示另一表面，如图所示。然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2（位置如图），用P1、P2的连线表示入射光线。
拓展提升：
（1）为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？
试在图中标出P3、P4的位置。
（2）然后，移去玻璃砖与大头针。试在图中通过作图的方法标出光线从空气射入玻璃的入射角θ1与折射角θ2。简要写出作图步骤。
（3）写出θ1、θ2表示的折射率公式为n=_____
。
（1）为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？
试在图中标出P3、P4的位置。
在bb′一侧观察P1、P2（经bb′折射，aa′反射，再经bb′折射后）的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2的像；再插上P4，让其挡住P3和P1、P2的像。P3、P4的位置如右图所示。
（2）然后，移去玻璃砖与大头针。试在图中通过作图的方法标出光线从空气射入玻璃的入射角θ1与折射角θ2。简要写出作图步骤。
①过P1、P2作直线与bb′交于O点
②过P3、P4作直线与bb′交于O′点
③利用刻度尺找到OO′的中点M点
④过O点作bb′的垂线CD，过M点
作bb′的垂线与aa′相交于N点，连接ON
⑤∠P1OD=θ1，∠CON=θ2
（3）写出θ1、θ2表示的折射率公式为n=_____
。
拓展提升：某同学由于没有量角器，在完成了光路图以后，他以O点为圆心，10.00cm为半径画圆，
分别交线段OA于A点，
交OO′连线的延长线于C点，过O点作法线NN′，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＝8.00cm，CD＝4.00cm，由此可得出玻璃的折射率n＝________。
拓展提升：在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，如图所示。则他测出的折射率值将___________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）；
a
a′
b
b′
θ1
θ2
a
a′
b
b′
O
O1
θ1'
O'
θ2'
拓展提升：在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，如图所示。则他测出的折射率值将_________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）；
a
a′
b
b′
偏大
a
a′
b
b′
（2）乙同学在画界面时，不自觉的将两界面aa'，bb'间距离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”）
a
a′
b
b′
θ1
O
θ2
θ2'
E
F
a
a′
b
b′
（2）乙同学在画界面时，不自觉的将两界面aa'，bb'间距离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”）
偏小
明确以下几个问题：
1.
要做什么？（实验目的）
2.
依据什么？（实验原理）
3.
测量什么？
（实验仪器、实验过程）
4.
如何处理数据？
（表格设计、数据分析、实验结论）
总结、反思：
实验误差主要来源于哪些因素？
实验结果是否具有普遍性？
有没有其他实验原理或实验方案？
实验方案是否能有所改进？
课下思考：
（1）今天我们利用插针法，测定了玻璃砖的折射率，除此之外，你还能想出其他的办法吗？
（2）你能想出办法来测出水或酒精等液体的折射率吗？
谢谢观看！教案
教学基本信息
课题
测定玻璃的折射率
学科
物理
学段：高中
年级
高二
教材
书名：高中物理选修3-4
人教版和教科版通用
教学目标及教学重点、难点
【教学目标】1、通过联系体育课上站队的生活实例，理解用插针的方法确定光的传播路径
的可行性
2、能够说出实验原理，并能够通过插针的方法测定出玻璃的折射率
3、在具体的实验操作中，能够重视和注意实验的注意事项，并能进行相关的数据处理。（求平均值、图像）
4、通过实际插针训练，使观察能力和分析判断能力得到锻炼。
【教学重点和难点】
教学重点：能够通过实际应用插针法测定出玻璃砖的折射率
教学难点：1、对利用插针法确定光路图的理解。
2、利用插针法确定光路的实际操作及数据处理
教学过程(表格描述)
教学环节
主要教学活动
设置意图
寻找测定玻璃装折射率的实验原理及方法
1.测定玻璃砖折射率实验原理的选择
以及。这两个公式能做为我们测定折射率的依据吗？
如果利用第一个公式测定玻璃的折射率，我们需要测量出光在玻璃中的传播速度，这个难度太大，高中阶段测量不了，所以我们目前不考虑。
如果利用第二个公式测定玻璃的折射率，我们只需要测量出某一束光线从空气进入玻璃的入射角及其对应的折射角，在测量入射角和折射角之前，我们需要找到入射角和折射角，那么如何寻找入射角和折射角呢？如果我们能画出光从空气射入玻璃的光路图，这个问题就迎刃而解了。
2.小游戏：请你不要借助任何工具，将4枚大头针竖直插在木板上，并确保它们在同一条直线上。
先在木板上竖直插入第一枚大头针，然后，选择合适的距离竖直插入第二枚大头针，顺着第一枚和第二枚大头针所确定的方向观察，让第二枚大头针挡住第一枚大头针，然后竖直插入第三枚大头针，让第三枚大头针挡住第一枚和第二枚大头针。同理，竖直插入第四枚大头针，使第四枚大头针，挡住第一枚第二枚和第三枚大头针，这样就能确保他们在同一条直线上了。
3.确定光的传播路径的方法及实际操作
我们先用两枚大头针确定好入射光线的方向，由于光线经过玻璃砖发生了折射，我们在玻璃砖的另一侧能观察到这两枚大头针的像，此时调整视线方向，竖直插入第三枚大头针，使其同时挡住第一枚第二枚大头针的像，然后竖直插入第四枚大头针，使其挡住第三枚大头针以及第一枚第二枚大头针的像。此时第三枚第四枚大头针所确定的直线方向，即为出射光线的方向。找到出射光线与玻璃砖下边界的交点，即为出射点，连接入射点和出射点，即为折射光线。光路图就此画出，问题就迎刃而解了
引导学生从学过的知识中寻找实验原理。
激发学生兴趣，培养学生动手、动脑的能力。并促进学生养成理论联系生活的习惯。
通过从日常生活中寻找的灵感，尝试找到画光路图的方法解决实际问题。
实验
1.实验原理
光从空气射入玻璃，其入射角的正弦值与折射角的正弦值之比，即为玻璃的折射率。
2.实验器材
木板、白纸、玻璃砖、图钉、大头针、铅笔、量角器、三角板。
3.实验操作
用图钉把白纸固定在木板上，在白纸上画一水平直线aa’，作为两种介质的界面。过aa’上的一点画出界面的法线NN’，再画一条直线AO与NN’成45°角，作为入射线。
把梯形玻璃砖放在白纸上，并使其短底边与aa’重合，将三角板的一边与玻璃砖的长底边吻合，稳定在白纸上，然后移去玻璃砖，再画出玻璃砖的另一边bb’,这样玻璃砖在白纸上就得到准确定位。
标定透射光线，在线段AO上竖直的插上两枚大头针，P1、P2，按原位置放上玻璃砖。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，再在视线方向bb’一侧的较近位置竖直的插上一枚大头针P3，使P3能挡住P1P2的像。然后用同样的方法，在较远位置再插一枚大头针P4，使其能挡住P3针和P1P2的像，过P3P4的直线即为透射光线，这是实验的重点和难点，也是本实验的关键所在。
移去玻璃砖，再拔掉大头针，同时，分别记下P3P4的位置。过P3P4两点做直线O’B交BB’于O’。由于针P3P4正好挡住了P1P2的像，既挡住了入射光线透过玻璃砖后的出射光线的传播方向，P3P4必然在出射光线的路径上，所以过P3P4的直线O’B，就代表了沿AO入射光线透过玻璃砖后的传播路径，连接OO’即为玻璃砖内的折射线，角AON为入射角，用θ1表示，角N’OO’为折射角用θ2表示，用量角器量出入射角θ1等于45.0度。再量出折射角θ2等于27.5度，分别求出它们相应的正弦值。
4.数据处理
将θ1、θ2及对应的正弦值代入表格，求出玻璃的折射率为1.530。为了减小误差，我们可以采取多次测量取平均值得方法。改变入射角，使其分别为15度，30度，60度，75度，测量出他们对应的折射角分别为：9.8度，19.0度，34.5度，39.4度。算出他们对应的正弦值，代入表格，算出折射率n分别为：1.524,1.534，1.530，1.521。取他们的平均值，最后得到玻璃的折射率：n=1.528。
我们也可以采取另一种方式处理数据。以折射角的正弦值为横坐标，以入射角的正弦值为纵坐标建立坐标系，根据表格中的数据描点、连线。最后所描绘图线为一条直线，其斜率k即为玻璃的折射率。
4.注意事项
（1）玻璃砖应选用宽度较大的，若宽度太小，则测量误差较大。（2）用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃的毛面或棱，不能直接用手触摸玻璃砖的光学面。（3）严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖界面aa′和bb′，以免划伤玻璃砖。（4）实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。（5）大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每一侧的两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大一些，以减小确定光路方向时造成的误差。（6）实验时，入射角不宜过小，否则会增大测量角度的误差；入射角也不宜过大，因入射角太大时，折射光线太弱。
进行实验
熟悉和掌握数据处理的方法
熟悉本实验需要注意的事项
拓展提升
1、一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的（光线不能通过表面）.现要测定此玻璃的折射率。给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚（P1、P2、P3、P4）、带有刻度的直角三角板、量角器。实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直.在纸上画出直线aa′和bb′，aa′表示镀银的玻璃表面，bb′表示另一表面，如图所示。然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2（位置如图），用P1、P2的连线表示入射光线。（1）为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？
试在图中标出P3、P4的位置。（2）然后，移去玻璃砖与大头针。试在图中通过作图的方法标出光线从空气射入玻璃中的入射角θ1与折射角θ2。简要写出作图步骤。
（3）写出θ1、θ2表示的折射率公式为n=_____
。
（1）在bb′一侧观察P1、P2（经bb′折射，aa′反射，再经bb′折射后）的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2的像；再插上P4，让其挡住P3和P1、P3的像。P3、P4的位置如图所示。
（2）①过P1、P2作直线与bb′交于O点
②过P3、P4作直线与bb′交于O′点
③利用刻度尺找到OO′的中点M
④过O点作bb′的垂线CD，过M点
作bb′的垂线与aa′相交于N，连接ON
⑤∠P1OD=θ1，∠CON=θ2
（3）
2、某同学由于没有量角器，在完成了光路图以后，他以O点为圆心，10.00cm为半径画圆，分别交线段OA于A点，交OO′连线的延长线于C点，过O点作法线NN′，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＝8.00cm，CD＝4.00cm，由此可得出玻璃的折射率n＝__。
3、在测定玻璃折射率的实验中：
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__偏大_______（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___偏小___。（选填“偏大”“偏小”或“不变”）
在具体实验的基础上学会分析处理各种不同的问题
课后思考题
（1）今天我们利用插针法，测定了玻璃砖的折射率，除此之外，你还能想出其他的办法吗？
（2）你能想出办法来测出水或酒精等液体的折射率吗？
学以致用，并发散思维，寻找解决问题的其他方法。
结语
这一节课就上到这里，同学们再见！
作业设计
见学习任务单
巩固这节课所学的知识
