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新人教版 选择性必修一
第四章 光
第1节 光的折射
玻璃是一种透明介质，光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射，如何把玻璃的折射率测出来？
问题
解决光的折射问题的视深问题
实验：测定玻璃的折射率
三、实验器材
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。
一、实验目的
测定玻璃的折射率。
二、实验原理
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 。
解决光的折射问题的视深问题
实验：测定玻璃的折射率
四、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′.
解决光的折射问题的视深问题
实验：测定玻璃的折射率
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sin θ1和sin θ2.
8．改变入射角，重复实验，算出不
同入射角时的，并取平均值．
解决光的折射问题的视深问题
实验：测定玻璃的折射率
五、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 平均值，即为玻璃砖的折射率。
解决光的折射问题的视深问题
实验：测定玻璃的折射率
2．图象法
以sin θ1值为横坐标、以sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图1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 。
解决光的折射问题的视深问题
实验：测定玻璃的折射率
3．作图法
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 2所示。由于 ， ，且CO＝DO，所以折射率 。
解决光的折射问题的视深问题
实验：测定玻璃的折射率
六、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′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。
解决光的折射问题的视深问题
实验：测定玻璃的折射率
七、误差分析
(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。
解决光的折射问题的视深问题
实验：测定玻璃的折射率
解决光的折射问题的视深问题
实验：测定玻璃的折射率
实验演示
1．如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是（　　）
A．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像
B．为减少测量误差，P1、P2的连线与法线NN'的夹角应尽量小些
C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些
D．若P1、P2的连线与法线NN'夹角较大时，有可能在bb′面发生全反射
C
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2．如图所示，单色光沿AO从空气射入水中，以O点为圆心，作两半径分别为R和r（R>r）的同心圆，大圆与入射光线相交于A，与折射光线相交于B，小圆与AO延长线相交于M，BM连线恰好和水平界面垂直，垂足为N，则下列说法正确的是（　　）
A．水的折射率
B．光线从空气中进入水中，频率变大了
C．光线在AO段的传播时间tAO的大于在OB段的传播时间tOB
D．由于数据不足，无法确定入射角和折射角的大小，故无法计算折射率
D
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3.某同学用图钉将白纸按在绘图板上,如图甲所示,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.把平行玻璃砖平放在白纸上,使它的长边与aa'对齐,画出玻璃砖的另一条长边bb'.下列实验操作步骤的正确顺序是　　 　　.
①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.
②移去玻璃砖,连接P3、P4并延长交bb'于O',连接OO'即为折射光线,入
射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'.
③在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4
挡住P1、P2的像及P3,记下P3、P4的位置.
④改变入射角θ1,重复实验,记录相关测量数据.
⑤用量角器测出入射角和折射角.
[解析]根据测定玻璃的折射率实验的步骤,步骤排序应该为①③②⑤④.
解决光的折射问题的视深问题
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(2)如图乙所示,一同学在纸上画玻璃砖的两个界面aa'和bb'时,不小心将两界面aa'、bb'间距画得比玻璃砖宽度大些,则测得的折射率　　　　.(选填“偏大”“偏小”或“不变”).
[解析]根据折射率的定义n=,宽度增加后,如图所示,θ1不变θ2增大可知测得的n偏小.
4.用三棱镜做“测定玻璃的折射率”的实验,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的一侧插入两枚大头针P1和P2,然后在棱镜的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住,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P1、P2的像和P3,在纸上标出大头针的位置和三棱镜轮廓,如图所示.
(1)在图上画出所需的光路图.
[答案] 如图所示
[解析]光路图如图所示,画出通过P1、P2的入射光线,交AC于O,画出通过P3、P4的出射光线,交AB于O',连接O、O',则光线OO'就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线.
解决光的折射问题的视深问题
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(2)为了测出该三棱镜的折射率,需要测量的物理量是　　　　　　　　　　　　,在图上标出它们.
(3)计算折射率的公式是n=　　 　　.
入射角θ1和折射角θ2
[答案] 如图所示
[解析] (2)在所画的图上画出虚线部分,并注明入射角θ1和折射角θ2,用量角器量出θ1和θ2(或用直尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度).
(3)n=(或因为sin θ1=,sin θ2=,则n=).

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