高中物理 第四章 光的折射 第2节 学生实验：测定玻璃的折射率教学案 教科版选修3-4-教科版高二选修3-4物理教学案VIP专享

第 2 节学生实验：测定玻璃的折射率一、实验目的(1)会用“插针法”确定光路。(2)会对实验数据进行处理和误差分析。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 i 和折射角 r，根据折射定律计算出玻璃的折射率 n＝。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。四、实验步骤(1)先在白纸上画一条直线 EE′，代表两种介质的分界面；再画出一直线段 AB 作为入射光线，然后画出分界面上 B 处的法线 NN′，如图 4－2－1 所示。图 4－2－1(2)把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与 EE′对齐，用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动。将玻璃砖取下，画出直线 FF′代表玻璃砖的另一边。(3)在直线 AB 上竖直插上两枚大头针 G1、G2，放回玻璃砖，然后透过玻璃砖观察大头针 G1、G2的像，调整视线方向，直到 G1的像被 G2挡住。(4)在观察的这一侧竖直地插上两枚大头针 G3和 G4，用 G3挡住 G1、G2的像，用 G4挡住G3以及 G1、G2的像。(5)移去大头针和玻璃砖，过 G3、G4的插点画直线 CD，与 FF′相交于 C 点，直线 CD 就表示沿直线 AB 入射的光线透过玻璃砖后的光线，连接 BC，BC 就是玻璃砖内的折射光线的路径。(6)用量角器量出入射角 i 和折射角 r，查出入射角和折射角的正弦值。(7)通过上面的步骤分别测出入射角是 15°、30°、45°、60°、75°时的折射角，并查出相应的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中。入射角 i15°30°45°60°75°sin i折射角 rsin r五、数据处理(1)计算法：把上述实验数据分别由 n＝计算出 n1、n2、n3…，求出平均值即为玻璃砖折射率的测量值。(2)图像法：因 sin r＝sin i，所以可把上面的数据以 sin i 值为横坐标、以 sin r 值为纵坐标，建立直角坐标系，如图 4－2－2 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，设斜率为 k，则 k＝，故玻璃砖折射率 n＝。图 4－2－2(3)尺规法：经过入射点画出玻璃界面的法线 NN′，以入射点 B 为圆心，适当长度为半径画圆，入射光线、折射光线与圆周交于 A 和 C，由点 A、C 向法线作垂线，分别交法线NN′于 A′、C′点，如图 4－2－3 所示。图 4－2－3测出垂线的长度 AA′和 CC′。则玻璃的折射率可表示为 n＝。六、注意事项(1)玻璃砖的折射面 EE′必须画准确，然后再确...