资源简介

/ 让教学更有效 精品课堂 | 物理学科
实验 测定玻璃砖的折射率 导学案
1.理解测定玻璃砖折射率的实验原理，明确实验的核心思路是利用插针法确定光路并结合折射定律计算折射率。
2.学会多种数据处理方法（平均值法、图象法、作图法），能准确分析实验数据并得出实验结果。
3.认识实验中的注意事项，能分析实验误差的来源并提出减小误差的方法，培养严谨的实验态度。
1.实验原理的理解与插针法确定光路的操作规范。
2.入射角、折射角的准确测量及数据处理方法的应用。
3.实验误差的分析与减小误差的措施。
4.实验过程中玻璃砖与光路的相对位置控制
一、实验思路
1．实验原理
用“插针法”确定光路，找出入射光线及相应的出射光线，画出玻璃砖中对应的折射光线，用量角器分别测出入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律n＝便可求出玻璃的折射率。
2．物理量的测量
入射角θ1：入射光线与法线的夹角。
折射角θ2：折射光线与法线的夹角。
二、实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、直尺、铅笔。
三、进行实验
1．把白纸用图钉钉在木板上。
2.用直尺画一条平行于玻璃砖一个面的直线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，如图所示。
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用直尺画一条直线bb′。
5．在玻璃砖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，同时也能挡住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、四次，量出相应的入射角和折射角。
四、数据分析
1．计算法：通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的正弦值，再代入n＝中求出多个n的值，然后取其平均值，即为玻璃砖的折射率。
2.图像法：求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出sin θ1－sin θ2图像，由n＝可知图像应为一条过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率。
3．单位圆法
(1)以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线AO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′，分别交NN′于点H、H′，如图所示。
(2)由图中关系知sinθ1＝，sinθ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝，只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。
五、误差分析
1．由入射侧、出射侧所插两枚大头针的位置所确定的入射光线、出射光线的准确度会造成系统误差。
2．入射角和折射角的测量造成偶然误差。
3．折射率的计算求解会造成偶然误差。
六、注意事项
1．实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。
2．不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用。
3．大头针应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些。
4．实验中入射角不宜过小或过大。
5．玻璃砖应选用宽度较大的。
【思考与讨论】
实验中为什么要通过插大头针的方法确定光路？直接观察光线的传播路径不行吗？
答案：不行。光在玻璃砖内部的传播路径无法直接观察，插大头针可以通过 “三点一线” 的原理间接确定入射光线和出射光线的延长线，从而准确找到玻璃砖内部的折射光线，这是实验中确定光路的核心方法，能有效避免直接观察的主观性和不准确性。
【思考与讨论】
为什么入射角不宜过大也不宜过小？过大或过小会对实验结果产生什么影响？
答案：入射角过小，折射角会更小，测量角度时的相对误差会增大；入射角过大，可能会导致光线在玻璃砖的另一界面发生全反射，无法观察到出射光线，从而无法完成实验。因此，选择适当大小的入射角（如 30°、45°、60°）能有效减小误差，保证实验顺利进行。
【思考与讨论】
如果实验中玻璃砖的位置发生了移动，会对实验结果产生什么影响？
答案：玻璃砖位置移动后，入射点O和出射点O’的实际位置会改变，之前确定的光路就会与实际光路不符，导致测量的入射角和折射角出现偏差，最终计算出的折射率不准确。因此，实验过程中必须保证玻璃砖与白纸的相对位置固定。
六、课堂小结
（一）核心知识点
模块 关键内容
实验原理 基于折射定律n=，用插针法确定光路，测量角度计算折射率。
实验步骤 铺纸画基准线→放置玻璃砖→插大头针定光路→画光路图→测量计算→重复实验求平均值。
数据处理 三种方法：平均值法（简单直观）、图象法（减小偶然误差）、作图法（无需计算正弦值）。
误差控制 注意大头针间距、入射角大小、玻璃砖位置固定，选用宽玻璃砖，规范测量角度。
（二）方法技巧
1.光路确定技巧：插大头针时，确保视线通过玻璃砖能清晰看到前两枚大头针的像，后两枚大头针准确挡住前面的像，可多次调整位置提高光路准确性。
2.角度测量技巧：用量角器测量时，使量角器的圆心与入射点O（或折射点）重合，刻度线与法线、光线对齐，减小读数误差。
3.数据处理技巧：多次实验取平均值是减小偶然误差的常用方法，图象法能直观反映数据的线性关系，便于发现异常数据。
1.某同学用“插针法”做测定玻璃折射率实验时，他的方法和操作步骤都正确无误，但他处理实验数据时，发现玻璃砖的两个光学面aa′和bb′不平行，如图，则(　A )
A．他测出的折射率不受影响
B．他测出的折射率偏小
C．他测出的折射率偏大
D．用该玻璃砖进行实验时系统误差太大，必须更换
2.在做了“测定平行玻璃砖的折射率”的实验（如图）后，某同学得出下列几种结论中，说法正确的是____。
A．玻璃砖的宽度适当选大些
B．入射角应尽量小些，防止在另一侧面发生全反射
C．大头针P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些
D．入射角越大越好，这样测量误差能尽可能的减小
E．玻璃砖的折射率与入射角有关，入射角越大，测得折射率越大
F．玻璃砖的折射率与入射角无关，入射角越大，折射角越大，但是入射角与折射角的比值是一个常数
【答案】AC
【详解】A．玻璃砖的宽度宜大些，相同的入射角，光线偏折较大，测量角度引起的误差较小，可减小实验误差，选项A正确；
BD．入射角尽量大些，折射角也会大些，这样测量角度的相对误差会减小，但并不是越大越好，选项BD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，大头针间的距离太小，引起的角度会较大，故P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度。选项C正确；
EF．玻璃砖的折射率与入射角无关，入射角越大，折射角越大，但是入射角与折射角的正弦的比值是一个常数，选项EF错误。故选AC。
3．（1）“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好平行玻璃砖，aa’和bb’分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图1所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针，P1和P2，用“×”表示大头灯的位置，然后在另一侧透过玻璃窗观察，并依次插入大头针P3和P4。在插P3和P4时，应使 。
（2）某同学实验中作出光路图如图2所示，在入射光线上任取一点A，过A点做法线的垂线，B点是垂线与法线的交点。O点是入射光线与aa’界面的交点，C点是出射光线与bb’界面的交点，D点为法线与bb’界面的交点。则实验所用玻璃的折射率n= （用图中线段表示）。
【答案】 P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像
【详解】①插入大头针的过程中，应当使得插入的大头针完全挡住前面所有的大头针，所以P3挡住P1、 P2的像， P4挡住P3和P1、 P2的像；
②由光的折射定律可知；
4.某研究小组根据光学知识，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作两条相互垂直的直径BC、EF。在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持位置不变。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重合，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2，在圆周EC部分插上P3，使P3挡住P1、P2的像。同学们通过计算，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。
(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC之间的夹角为30°，则P3处刻的折射率的值为________；
(2)图中P3、P4两处，对应折射率较大的是________；
(3)下列关于该实验的说法，正确的是________。
A．大头针P1、P2应适当远一些
B．∠AOF可以非常小
C．EC弧上的刻度是不均匀的
D．插大头针P3时应垂直于盘面
答案　(1)　(2)P4　(3)ACD
解析　(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC之间的夹角为30°，可知在空气中的折射角为60°，根据折射定律得n＝＝
(2)由题意知，光线在液体中的入射角θ2不变，根据折射定律n＝，在空气中的折射角θ1越大，折射率越大，可知P4处对应的折射率大。
(3)大头针P1与P2连线代表入射光线，两点间距离远一些能让连线方向更准确，A正确；∠AOF应适当大一些，以减小误差，B错误；根据n＝，则EC弧上的刻度是不均匀的，C正确；因为在圆周EC部分插上P3，使P3挡住P1、P2的像，P3应垂直于盘面，D正确。
课后反思
1.你在理解插针法确定光路的原理时，是否遇到了困难？如何更好地掌握这一核心操作？
2.对比三种数据处理方法，它们各自的优缺点是什么？在实际实验中，你会优先选择哪种方法？
3.结合实验的注意事项和误差分析，思考如果要进一步提高实验精度，还可以采取哪些措施？
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）/ 让教学更有效 精品课堂 | 物理学科
2.实验 测定玻璃砖的折射率 导学案
1.理解测定玻璃砖折射率的实验原理，明确实验的核心思路是利用插针法确定光路并结合折射定律计算折射率。
2.学会多种数据处理方法（平均值法、图象法、作图法），能准确分析实验数据并得出实验结果。
3.认识实验中的注意事项，能分析实验误差的来源并提出减小误差的方法，培养严谨的实验态度。
1.实验原理的理解与插针法确定光路的操作规范。
2.入射角、折射角的准确测量及数据处理方法的应用。
3.实验误差的分析与减小误差的措施。
4.实验过程中玻璃砖与光路的相对位置控制
一、实验思路
1．实验原理
用“插针法”确定光路，找出入射光线及相应的出射光线，画出玻璃砖中对应的折射光线，用量角器分别测出入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律n＝便可求出玻璃的折射率。
2．物理量的测量
入射角θ1：入射光线与法线的夹角。
折射角θ2：折射光线与法线的夹角。
二、实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、直尺、铅笔。
三、进行实验
1．把白纸用图钉钉在木板上。
2.用直尺画一条平行于玻璃砖一个面的直线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 些，如图所示。
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用直尺画一条直线bb′。
5．在玻璃砖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 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，同时也能挡住 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、四次，量出相应的入射角和折射角。
四、数据分析
1．计算法：通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的正弦值，再代入n＝中求出多个n的值，然后取其平均值，即为玻璃砖的折射率。
2.图像法：求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出sin θ1－sin θ2图像，由n＝可知图像应为一条 ，如图所示，其斜率为 。
3．单位圆法
(1)以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线AO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′，分别交NN′于点H、H′，如图所示。
(2)由图中关系知sinθ1＝，sinθ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝，只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。
五、误差分析
1．由入射侧、出射侧所插两枚大头针的位置所确定的入射光线、出射光线的准确度会造成系统误差。
2．入射角和折射角的测量造成偶然误差。
3．折射率的计算求解会造成偶然误差。
六、注意事项
1．实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。
2．不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用。
3．大头针应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些。
4．实验中入射角不宜过小或过大。
5．玻璃砖应选用宽度较大的。
【思考与讨论】
实验中为什么要通过插大头针的方法确定光路？直接观察光线的传播路径不行吗？
【思考与讨论】
为什么入射角不宜过大也不宜过小？过大或过小会对实验结果产生什么影响？
【思考与讨论】
如果实验中玻璃砖的位置发生了移动，会对实验结果产生什么影响？
六、课堂小结
（一）核心知识点
模块 关键内容
实验原理 基于折射定律n=，用插针法确定光路，测量角度计算折射率。
实验步骤 铺纸画基准线→放置玻璃砖→插大头针定光路→画光路图→测量计算→重复实验求平均值。
数据处理 三种方法：平均值法（简单直观）、图象法（减小偶然误差）、作图法（无需计算正弦值）。
误差控制 注意大头针间距、入射角大小、玻璃砖位置固定，选用宽玻璃砖，规范测量角度。
（二）方法技巧
1.光路确定技巧：插大头针时，确保视线通过玻璃砖能清晰看到前两枚大头针的像，后两枚大头针准确挡住前面的像，可多次调整位置提高光路准确性。
2.角度测量技巧：用量角器测量时，使量角器的圆心与入射点O（或折射点）重合，刻度线与法线、光线对齐，减小读数误差。
3.数据处理技巧：多次实验取平均值是减小偶然误差的常用方法，图象法能直观反映数据的线性关系，便于发现异常数据。
某同学用“插针法”做测定玻璃折射率实验时，他的方法和操作步骤都正确无误，但他处理实验数据时，发现玻璃砖的两个光学面aa′和bb′不平行，如图，则(　 )
A．他测出的折射率不受影响
B．他测出的折射率偏小
C．他测出的折射率偏大
D．用该玻璃砖进行实验时系统误差太大，必须更换
2.在做了“测定平行玻璃砖的折射率”的实验（如图）后，某同学得出下列几种结论中，说法正确的是____。
A．玻璃砖的宽度适当选大些
B．入射角应尽量小些，防止在另一侧面发生全反射
C．大头针P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些
D．入射角越大越好，这样测量误差能尽可能的减小
E．玻璃砖的折射率与入射角有关，入射角越大，测得折射率越大
F．玻璃砖的折射率与入射角无关，入射角越大，折射角越大，但是入射角与折射角的比值是一个常数
3．（1）“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好平行玻璃砖，aa’和bb’分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图1所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针，P1和P2，用“×”表示大头灯的位置，然后在另一侧透过玻璃窗观察，并依次插入大头针P3和P4。在插P3和P4时，应使 。
（2）某同学实验中作出光路图如图2所示，在入射光线上任取一点A，过A点做法线的垂线，B点是垂线与法线的交点。O点是入射光线与aa’界面的交点，C点是出射光线与bb’界面的交点，D点为法线与bb’界面的交点。则实验所用玻璃的折射率n= （用图中线段表示）。
4.某研究小组根据光学知识，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作两条相互垂直的直径BC、EF。在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持位置不变。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重合，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2，在圆周EC部分插上P3，使P3挡住P1、P2的像。同学们通过计算，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。
(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC之间的夹角为30°，则P3处刻的折射率的值为________；
(2)中P3、P4两处，对应折射率较大的是________；
(3)列关于该实验的说法，正确的是________。
A．大头针P1、P2应适当远一些
B．∠AOF可以非常小
C．EC弧上的刻度是不均匀的
D．插大头针P3时应垂直于盘面
课后反思
1.你在理解插针法确定光路的原理时，是否遇到了困难？如何更好地掌握这一核心操作？
2.对比三种数据处理方法，它们各自的优缺点是什么？在实际实验中，你会优先选择哪种方法？
3.结合实验的注意事项和误差分析，思考如果要进一步提高实验精度，还可以采取哪些措施？
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）

展开更多......

收起↑