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新人教版 選擇性必修一
第四章 光
第1節 光的折射
玻璃是一種透明介質，光從空氣入射到玻璃的界面上會發生折射，如何把玻璃的折射率測出來？
問題
解決光的折射問題的視深問題
實驗：測定玻璃的折射率
三、實驗器材
長方形玻璃磚、白紙、木板、大頭針、圖釘、量角器、三角板(或直尺)、鉛筆。
一、實驗目的
測定玻璃的折射率。
二、實驗原理
用插針法確定光路，找出跟入射光線相對應的出射光線，用量角器測入射角θ1和折射角θ2，根據折射定律計算出玻璃的折射率 。
解決光的折射問題的視深問題
實驗：測定玻璃的折射率
四、實驗步驟
1．用圖釘把白紙固定在木板上．
2．在白紙上畫一條直線aa′，并
取aa′上的一點O為入射點，作
過O的法線NN′.
3．畫出線段AO作為入射光線，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針．
4．在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊與直線aa′對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb′.
解決光的折射問題的視深問題
實驗：測定玻璃的折射率
5．眼睛在bb′的一側透過玻璃磚觀察兩個大頭針并調整視線方向，使P1的像被P2的像擋住，然后在眼睛這一側插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P3和P1、P2的像．
6．移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線O′B及出射點O′，連接O、O′得線段OO′.
7．用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，
并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.
8．改變入射角，重復實驗，算出不
同入射角時的，并取平均值．
解決光的折射問題的視深問題
實驗：測定玻璃的折射率
五、數據處理
1．平均值法
算出不同入射角時的比值 ，最后求出在幾次實驗中所測的 平均值，即為玻璃磚的折射率。
解決光的折射問題的視深問題
實驗：測定玻璃的折射率
2．圖象法
以sin θ1值為橫坐標、以sinθ2值為縱坐標，建立直角坐標系，如圖1所示。描數據點，過數據點連線得一條過原點的直線。求解圖線斜
率k，則 ，故玻璃磚折射率 。
解決光的折射問題的視深問題
實驗：測定玻璃的折射率
3．作圖法
在找到入射光線和折射光線以后，以入射點O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點、OO′(或OO′的延長線)交于D點，過C、D兩點分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的長，如圖 2所示。由于 ， ，且CO＝DO，所以折射率 。
解決光的折射問題的視深問題
實驗：測定玻璃的折射率
六、注意事項
(1)實驗時，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間，P2與O點之間，P3與P4之間，P3與O′點之間距離要稍大一些。
(2)入射角θ1應適當大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大，也不宜太小。
(3)在操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔面。更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線。
(4)在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。
(5)玻璃磚應選用寬度較大的，宜在5 cm以上。若寬度太小，則測量誤差較大。
解決光的折射問題的視深問題
實驗：測定玻璃的折射率
七、誤差分析
(1)入射光線和出射光線確定得不夠精確，因此要求插大頭針時，兩大頭針間距應適當大一些。
(2)入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應適當大些，以減小測量的相對誤差。
解決光的折射問題的視深問題
實驗：測定玻璃的折射率
解決光的折射問題的視深問題
實驗：測定玻璃的折射率
實驗演示
1．如圖所示，用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，下列說法中正確的是（　　）
A．若P1、P2的距離較大時，通過玻璃磚會看不到P1、P2的像
B．為減少測量誤差，P1、P2的連線與法線NN'的夾角應盡量小些
C．為了減小作圖誤差，P3和P4的距離應適當取大些
D．若P1、P2的連線與法線NN'夾角較大時，有可能在bb′面發生全反射
C
解決光的折射問題的視深問題
當堂達標訓練
2．如圖所示，單色光沿AO從空氣射入水中，以O點為圓心，作兩半徑分別為R和r（R>r）的同心圓，大圓與入射光線相交于A，與折射光線相交于B，小圓與AO延長線相交于M，BM連線恰好和水平界面垂直，垂足為N，則下列說法正確的是（　?。?br/>A．水的折射率
B．光線從空氣中進入水中，頻率變大了
C．光線在AO段的傳播時間tAO的大于在OB段的傳播時間tOB
D．由于數據不足，無法確定入射角和折射角的大小，故無法計算折射率
D
解決光的折射問題的視深問題
當堂達標訓練
解決光的折射問題的視深問題
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3.某同學用圖釘將白紙按在繪圖板上,如圖甲所示,先在白紙上畫出一條直線aa'作為界面,過aa'上的一點O畫出界面的法線NN',并畫一條線段AO作為入射光線.把平行玻璃磚平放在白紙上,使它的長邊與aa'對齊,畫出玻璃磚的另一條長邊bb'.下列實驗操作步驟的正確順序是　　 　　.
①在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2,透過玻璃磚觀察大頭針
P1、P2的像,調整視線的方向,直到P1的像被P2擋住.
②移去玻璃磚,連接P3、P4并延長交bb'于O',連接OO'即為折射光線,入
射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'.
③在觀察的這一側依次插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4
擋住P1、P2的像及P3,記下P3、P4的位置.
④改變入射角θ1,重復實驗,記錄相關測量數據.
⑤用量角器測出入射角和折射角.
[解析]根據測定玻璃的折射率實驗的步驟,步驟排序應該為①③②⑤④.
解決光的折射問題的視深問題
當堂達標訓練
(2)如圖乙所示,一同學在紙上畫玻璃磚的兩個界面aa'和bb'時,不小心將兩界面aa'、bb'間距畫得比玻璃磚寬度大些,則測得的折射率　　　　.(選填“偏大”“偏小”或“不變”).
[解析]根據折射率的定義n=,寬度增加后,如圖所示,θ1不變θ2增大可知測得的n偏小.
4.用三棱鏡做“測定玻璃的折射率”的實驗,先在白紙上放好三棱鏡,在棱鏡的一側插入兩枚大頭針P1和P2,然后在棱鏡的另一側觀察,調整視線使P1的像被P2的像擋住,接著在眼睛所在的一側插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P1、P2的像和P3,在紙上標出大頭針的位置和三棱鏡輪廓,如圖所示.
(1)在圖上畫出所需的光路圖.
[答案] 如圖所示
[解析]光路圖如圖所示,畫出通過P1、P2的入射光線,交AC于O,畫出通過P3、P4的出射光線,交AB于O',連接O、O',則光線OO'就是入射光線P1P2在三棱鏡中的折射光線.
解決光的折射問題的視深問題
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(2)為了測出該三棱鏡的折射率,需要測量的物理量是　　　　　　　　　　　　,在圖上標出它們.
(3)計算折射率的公式是n=　　 　　.
入射角θ1和折射角θ2
[答案] 如圖所示
[解析] (2)在所畫的圖上畫出虛線部分,并注明入射角θ1和折射角θ2,用量角器量出θ1和θ2(或用直尺測出線段EF、OE、GH、OG的長度).
(3)n=(或因為sin θ1=,sin θ2=,則n=).

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