选修2-3《第一章 光学仪器与光的折射规律 1.3测定玻璃的折射率》优秀教案

选修2-3《第一章 光学仪器与光的折射规律 1.3测定玻璃的折射率》优秀教案

问题探究

问题：如何设计实验，探究影响玻璃折射率大小的因素？

导思：在做此实验时，为了使测定结果更为准确，有以下几点需要注意：

（1）插针P1与P2、P3与P4的间距要适当的大些，不要靠得太近，选择玻璃砖时，宽度宜大些，这样可减小确定光路方向时出现的误差，提高测量的准确度.

（2）入射角不能太小（接近0°）也不能太大（接近90°），因为入射角太小时，折射角就会更小，测量时相对误差增大；入射角太大时，导致反射光太强、折射光太弱，不易观察，很难确定P3、P4的位置.

图13-1-6 图13-1-7

（3）如果通过插针P1、P2的连线的光线射向玻璃右侧，且入射角又大于某一数值，会出现隔着玻璃砖沿P2、P1方向观察不到P1、P2两插针情况，此时的光路图如图13-1-7所示，遇到这种现象，可将玻璃砖沿aa′界面向右平移.

（4）实验中一旦玻璃砖宽度所定的界面线aa′和bb′画好后，放置的玻璃砖就不要随便移动，如果玻璃砖稍微斜移动，测得的折射率肯定发生变化.如果稍微上下平移了玻璃砖对测量结果没有影响，其光路如图13-1-8所示.

（5）本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖而采用三棱镜、半圆形玻璃砖，只是出射光与入射光不平行，但一样能测出折射率.

图13-1-9

探究：实验，照图13-1-9那样，先在白纸上画一条直线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，然后把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟 aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′，在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃观察大头针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P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置.

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′，OO′就是折射光线的方向，入射角i=∠AON，折射角r=∠O′ON′.

用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记入自己设计的表格里.

用上面的方法分别求出入射角是15°、30°、45°、60°、75°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据也记在表格里.

算出不同入射角的 EMBED Equation.3 的值，比较一下，看它们是否接近于一个常数，求出几次实验中测得的 EMBED Equation.3 的平均值，就是玻璃的折射率.

探究结论：通过实验探究，可以发现，当入射角分别取不同值时，折射角也不同，但 EMBED Equation.3 的值近似相等，所以说介质对光的折射率的大小由介质本身的性质决定，与入射角和折射角的大小无关.

【思考探究】

如果不用量角器测入射角和反射角的度数，怎样从几何的角度直接算出折射率？在画出光路图中作出适当的辅助线分析说明。

2.关于图13.1-3测定玻璃折射率的实验，回答以下问题：

证明图中的入射光线与射出玻璃砖的光线是平行的。

如果光射入和射出玻璃的两个面是平行的，射出玻璃砖的光线相对入射光线来说产生了侧移。证明：入射角越大侧移越大。

为了减少误差，入射角大一些好还是小一些好？

【注意事项】

玻璃砖的折射面必须画准确，才能确定法线，准确地画出入射角和折射角

实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上AB、BO、CD之间、CO'之间距离要稍大一些