高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第4章 光的折射和全反射第2节 科学测量:玻璃的折射率教学设计

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(1)会测量玻璃的折射率。
(2)通过实验体会光线模型的建构过程。
教学重难点
教学重点
学会测量玻璃的折射率。
教学难点
利用插针法确定光路的实际操作及数据处理。
教学方法
实验探究，多媒体辅助教学。
教学用具
木板、白纸、玻璃板、大头针、图钉、刻度尺、量角器、铅笔、新媒体课件。
教学过程
引入新课
[多媒体辅助]教师展示课件提出问题。
教师：在宝石鉴定过程中，常常根据折射率的大小判断宝石的真伪，那么如何测量介质的折射率呢？
教师引导学生讨论：折射率的两个公式：，。
如果利用第一个公式测定玻璃的折射率，需要测量出光在玻璃中的传播速度，这个难度太大，所以目前不考虑。
如果利用第二个公式测定玻璃的折射率，只需要测量出某一束光线从空气进入玻璃的入射角及其对应的折射角。
新课教学
实验原理与设计
教师：在测量入射角和折射角之前，我们需要找到入射角和折射角，那么如何寻找入射角和折射角呢？
学生：能画出光从空气射入玻璃的光路图。
教师：如何画出光从空气射入玻璃的光路图？
教师引导学生讨论：先用两枚大头针确定好入射光线的方向，由于光线经过玻璃砖发生了折射，在玻璃砖的另一侧能观察到这两枚大头针的像，此时调整视线方向，竖直插入第三枚大头针，使其同时挡住第一枚第二枚大头针的像，然后竖直插入第四枚大头针，使其挡住第三枚大头针以及第一枚第二枚大头针的像。此时第三枚第四枚大头针所确定的直线方向，即为出射光线的方向。找到出射光线与玻璃砖下边界的交点，即为出射点，连接入射点和出射点，即为折射光线。
再根据折射定律就可算出玻璃的折射率。
实验过程
[多媒体辅助]教师展示课件，介绍实验步骤。然后每四个学生一组，利用插针法，测量玻璃的折射率。
教师巡回指导，发现问题并及时纠正。
[讨论]实验中过程中有哪些注意事项？
[多媒体辅助]教师总结：(1)注意不能用玻璃砖替代直尺画线，避免划伤和污染玻璃砖的光学面。(2)实验时，尽可能将大头针竖直地插在纸上，要透过玻璃砖观察大头针的像。(3)在实验的过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变，更不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面。
［讨论］实验中过程中怎样减小误差？
[多媒体辅助]教师总结：(1)玻璃砖要选用宽度较大的，宜在5厘米以上，若宽度过小，测量折射角时相对误差增大。(2)入射角i应在15°~75°范围内取值，若入射角i过大，则由大头针P1、P2射入玻璃中的光线量减少，则由玻璃砖对面看大头针的虚像将暗淡，模糊并且变粗，不利于瞄准插大头针P3、P4。若入射角i过小，折射角将更小，测量误差更大。(3)大头针P2、P3的位置应靠近玻璃砖，而P1和P2、P3和P4应尽可能远些，针要垂直纸面，这样可以使确定的光路准确，减小入射角和折射角的测量误差。
［讨论］如果实验室未配备量角器，而是给了刻度尺和圆规，那么可以怎么测量？
如图所示，作出入射光线和折射光线后，以入射点O为圆心，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。，，则。
［讨论］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，能否测出相应的折射率？
能。
典题剖析
例1 在用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，其实验光路如图所示，对实验中的一些具体问题，下列说法错误的是( )
A．为了减少作图误差，C和D的距离应适当取大一些
B．若A、B的距离较大时，通过玻璃砖会看不到A、B的像
C．为了减少测量误差，A、B连线与法线NN′的夹角应适当大一些
D．若A、B连线与法线NN′间夹角过大时，有可能在bb′一侧看不清A、B的像
答案：B
解析：A选项，折射光线是通过CD来确定的，故C和D的距离应适当取大一些，可以提高准确度；
B选项，根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，折射光线不会在玻璃砖的下表面发生全反射，则即使A、B的距离较大时，通过玻璃砖仍然可以看到A、B的像；
C选项，A、B连线作为入射光线，A、B连线与法线NN′的夹角即为入射角i，入射角尽量大些，折射角也会大些，则相对误差会小些；
D选项，若A、B连线与法线NN′间夹角过大时，光线从下表面射出时光强减弱，有可能在bb′一侧看不清A、B的像。
课堂小结