高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册光的折射第2课时学案设计

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册光的折射第2课时学案设计，共12页。学案主要包含了实验原理，物理量的测量等内容，欢迎下载使用。

一、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=sinθ1sinθ2便可求出玻璃的折射率。
二、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。
一、实验步骤
1.将白纸用图钉钉在平木板上。
2.如图所示,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,画出玻璃砖的另一长边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。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。
5.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,连接OO',线段OO'代表了光线在玻璃砖内的传播路径。
二、数据处理
处理方式一:用量角器量出入射角θ1和折射角θ2,从三角函数表中查出它们的正弦值,算出不同入射角时的sinθ1sinθ2,最后求出在几次实验中所测sinθ1sinθ2的平均值,即为玻璃砖的折射率。
处理方式二: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,与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,如图甲所示。由于sin θ1=CC'CO,sin θ2=DD'DO,而CO=DO,所以折射率n=sinθ1sinθ2=CC'DD'。
处理方式三:改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sin θ1-sin θ2图像,由n=sinθ1sinθ2可知图像应为直线,如图乙所示,其斜率为折射率。
[关键点反思]
1.实验过程中应注意哪几方面的操作安全问题?
2.为了减小测量误差,选择玻璃砖时,宽度宜大些还是小些?还可以采取哪些措施?
3.如果实验中采用的不是两面平行的玻璃砖而是三棱镜或半圆形玻璃砖,能否测出相应的玻璃砖的折射率?请说明理由。
考法(一) 实验基本操作
[例1] (2025·四川绵阳期中)如图甲所示,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,然后作出光路图,根据光路图计算得出玻璃的折射率。
(1)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n=sini2sini1
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
(2)如图乙所示,某同学按照如下方法处理数据:以O点为圆心、R为半径作圆,与折射光的交点为B,过B点向两介质的交界面作垂线,垂足为N,AO的延长线交BN于M,记OM=r。再以O点为圆心、r为半径作圆。可知该玻璃的折射率的测量值n= 。(用r、R表示)
听课记录:
考法(二) 数据处理和误差分析
[例2] (1)某实验小组利用“插针法”测量玻璃的折射率的实验光路如图甲所示,实验所用玻璃砖的上表面AD与下表面BC不平行,出射光线O'G与入射光线PO (选填“平行”或“不平行”);对实验数据的处理可采用以入射点O为圆心、取某一单位长度为半径作圆,该圆与入射光线PO交于M点,与折射光线OO'的延长线交于E点,过M、E点分别向法线作垂线,其垂足分别为N、F,现测得MN=1.66 cm,EF=1.12 cm,则该玻璃砖的折射率n= (结果保留三位有效数字)。
(2)如图乙所示,某同学在“利用插针法测量玻璃的折射率”的实验中,在纸上画玻璃砖下界面bb'时,误将bb'向下画至图中虚线位置,而其他操作均正确,则该同学测得的玻璃砖折射率将 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
听课记录:
[微点拨]
(1)选择玻璃砖时宽度宜大些,这样可以减小确定光路方向时出现的误差,提高测量的准确度。
(2)实验中一旦玻璃砖所定的界面(线)aa'、bb'画好后,放置的玻璃砖就不要随便移动,如果玻璃砖斜向移动,测得的折射率一定变化;如果稍微上下平移了玻璃砖,对测量结果没有影响。
考法(三) 源于经典实验的创新考查
[例3] (2025·湖北武汉期中)做“测量玻璃的折射率”实验时,同学们被分成若干实验小组。
(1)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,则下列判定正确的是 。
A.光线是从空气射入玻璃的
B.对此光线,该玻璃的折射率约为0.67
C.对此光线,该玻璃的折射率约为1.5
(2)乙组同学先画出图乙所示的坐标系,再在y