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第四章 光
4.1 光的折射——测定玻璃的折射率
选择性必修 第一册
【学习目标】
1、折射率，折射定率，插针法。（物理观念）
2、插针法确定光路图:实验数据处理的几种方法；实验误差的分析与处理；（科学探究）
3、会运用数学原理解决物理问题；掌握尺规作图方法、训练严谨的推理能力。（科学态度与责任）
知识回顾
1、折射定律内容是什么？
2、如何计算介质的折射率？
1．测定玻璃的折射率。
2．学会用插针法来确定光路。
一、【实验目的】
二、【实验器材】
梯形玻璃砖
长方形玻璃砖
大头针
图钉
白纸
直尺、量角器
木板
三、【实验原理】
光以一定角度从空气射入玻璃砖后再射出，它的光路图是怎样的？在草稿纸上画出光路图。
交流讨论
A
B
D
C
i
r
实验中需要测哪些物理量？如何
测量？
交流讨论
三、【实验原理】
如图所示的是两面平行的玻璃砖对光路的侧移．用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B，确定出O′点，画出折射光线OO′，量出入射角θ1和折射角θ2，据 计算出玻璃的折射率．
四、【实验步骤】
1.如图所示,将白纸用图钉按在绘图板上,先在白纸上画出一条直线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。
2.把长方形玻璃砖平放在白纸上,使它的一条长边跟aa′对齐,画出玻璃砖的另一条长边bb′。
3.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向,直到P1的像被P2挡住。再在观察的这一侧插两枚大头针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。
4.移去大头针和玻璃砖,过P3、P4引直线O′B,与bb′交于O′,直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线透过玻璃砖后的传播方向。连接OO′,入射角i=∠AON,折射角γ=∠O′ON′。
5.用量角器量出入射角和折射角,查出它们的正弦值,将数据填入自己设计的表格中。
6.改变入射角,用上述方法分别求出折射角,查出它们的正弦值,填入表格中。
7.根据 求得每次测得的折射率,然后求出平均值。
E
E′
i
r
G1
G2
G3
G4
F
F′
A
B
D
C
五、【数据处理】
1.平均值法
入射角
i
折射角
r
sini
sinr
折射率
n
平均值
1
2
3
五、【数据处理】
2.图像法
sinr
O
sini
以 为纵轴，以 为横轴建立坐标系，描点、作出一条直线，求出直线斜率。
在找到入射光线和折射光线以后,可以以入射点O为圆心,以任意长为半径画圆,分别与AO、OO′(或OO′的延长线)交于C点和D点,过C、D两点分别向法线NN′作垂线,交NN′于C′、D′点,用直尺量出CC′和DD′的长,如图。
五、【数据处理】
3.单位圆法
六、【注意事项】
2.禁止用手接触玻璃砖的光学面，也不能用铅笔直接靠着玻璃砖画界面，免损伤玻璃砖的光学面。更不能用玻璃砖敲击其它物体。
4.大头针应垂直地插在白纸上。大头针间距应该适当大一些，以减小确定光路方向时出现的误差，提高测量的准确度。
1.玻璃砖应选用宽度较大的，若宽度太小，则测量误差较大。
3.玻璃砖相对于玻璃砖上下界面的位置不能改变。
六、【注意事项】
5.入射角应适当大一些。因为入射角过小，折射角更小，测量误差大；入射角过大，像不清楚，或看不到像给观察大头针的像造成困难。
6.改变入射角的大小，求出几组数据的平均值。
【强化训练】
1.某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率,实验后留下的痕迹如图所示,设AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,只需用刻度尺测量________和________(均选填“l1”“l2” “l3”或“l4”),则玻璃砖的折射率可表示为________。?
答案：???????? ????????
?
2.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，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示。在一圆盘上，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的像，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，就可以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________处所对应的折射率大。 (3)作AO的延长线交圆周于点K，点K处所对应的折射率的值应为________。
答案：(1)　(2)P4　(3)1
3.做测量玻璃折射率的实验时，同学们被分成若干实验小组，以下是其中两个实验小组的实验情况： (多选)甲组同学在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角r作出sin i?sin r图像，如图甲所示，则下列说法正确的是________。
A．光线是从空气射入玻璃的 B．该玻璃的折射率约为0.67 C．该玻璃的折射率约为1.5 D．该玻璃置于空气中时临界角约为45°
答案：AC
课后思考
在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中： 某同学在画界面时，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，则他测得的折射率偏大还是偏小？

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