4.1.2光的折射 课件—2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册（21张PPT）

4.1.2 光的折射
1. 会测量玻璃等材料的折射率。
2. 插针法确定光路图
3. 巩固折射率相关计算能力和几何分析运算能力
学习重点：实验原理以及步骤
学习难点：插针法确定光路以及误差分析
思考：折射率是衡量材料光学性能的重要指标。根据折射定律????=sin?θ1?sin?θ2?，可以测量材料的折射率。如果给你一块玻璃砖，光路如图所示，，我们怎样去测量玻璃的折射率呢？
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实验：测量玻璃的折射率
1.实验原理
用插针法确定光路，找出与入射光线AO相对应的出射光线O′B，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律????=sin?θ1?sin?θ2?，就可以求出玻璃的折射率了。
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2.实验器材
两面平行的玻璃砖一块，大头针四枚，铅笔、图钉、白纸一张，直尺一把或三角板一个，量角器一个，木板。
3.实验步骤
（1）如图所示，将白纸用图钉钉在木板上。
（2）在白纸上画出一条直线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。
（3）把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb′。
（4）在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。这样大头针 P1、P2 就确定了射入玻璃砖的光线。
（6）移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。
（7）连接OO′就是玻璃砖内折射光线的路径。入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′。
（5）再在观察者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及P1、P2的像，记下P3、P4的位置。
（8）用量角器测出入射角 θ1和折射角θ2，从三角函数表中查出它们的正弦值根据????=sin?θ1?sin?θ2?计算折射率。
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（9）通过上面的步骤分别测出入射角为63°、45.2°、38.1°、30.4°、25.5°时的折射角，并查出它们相应的正弦值，根据????=sin?θ1?sin?θ2?计算折射率。
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4.测量玻璃的折射率视频
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}实验次数
θ1
θ2
sinθ1
sinθ2
sinθ1/sinθ2
n
1
63.0
35.5
0.89
0.58
2
45.2
28.3
0.71
0.47
3
38.1
24.2
0.62
0.41
4
30.4
19.8
0.51
0.34
5
25.5
16.5
0.43
0.28
6.实验结论：该玻璃的折射率为1.5
5.实验数据记录
1.53
1.50
1.51
1.49
1.52
1.51
7．注意事项
（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′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，太小，相对误差大，但入射角不宜太大，入射角太大，使折射光线弱，不易观察。
（3）注意不能用玻璃砖替代直尺画线，避免划伤和污染玻璃砖的光学面。可以用铅笔先在白纸上描出玻璃砖每个界面的两个点，然后取下玻璃砖再用直尺连成线。
（4）在实验的过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变，移动会改变光路图，更不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面。
（5）玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。
（6）入射点应尽量靠近玻璃砖上界面的左侧，使之在玻璃砖的另一侧能够找到对应的出射光线。
8.误差分析
本实验测量误差产生的原因主要有：
（1）画玻璃砖边界时的偶然误差；
（2）插针时的偶然误差；
（3）测量角度大小的读数误差；
（4）三角函数值近似计算时存在的误差。
1.为了使入射光线和出射光线更精确，插大头针时两大头针间距应较大。
2. 为减小测角时的相对误差，入射角要稍大些，但不宜太大，否则光线会从玻璃砖的侧面射出，并且入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱。
3.为减小折射率的误差，可采用求多次不同入射角时n的值，然后取其平均值，即为玻璃的折射率。
实验中，应该采取哪些措施以减小误差？
思考：
例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
【答案】C
【详解】A．根据光路可逆可知，光线一定会从下表面射出，即使 P1、P2 的距离较大时，通过玻璃砖仍可以看到 P1、P2的像，故A错误；
B．光在玻璃砖界面上会发生折射，实验中不能用玻璃砖代替尺子画线，故B错误；
C．折射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针之间的距离太小，引起的角度会较大，所以为了减小作图误差， ， P3 和 P4 的距离应适当大一些，故C正确；
D．为减小测量误差，入射角应当要尽量大一些，这样折射角也会大一些，折射现象更明显，角度的相对误差会减小，但如果入射角太大，则反射光过强，折射光太弱，不宜观察，故D错误。
故选C。
变式训练：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，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
技法点拨：
（1）确定P4大头针的位置的方法是大头针P4能挡住P3和P1、P2的像。
（2）入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，太小，相对误差大，但入射角不宜太大，入射角太大，使折射光线弱，不易观察。
（3）玻璃砖的折射率
（4）如果误将玻璃砖的边PQ画到P′Q′，则折射角i2，将偏大，折射率的测量值将偏小。
测量玻璃折射率
实验原理????=sin?θ1?sin?θ2?
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误差分析
注意事项
实验器材
实验步骤
再见