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

这是一份鲁科版 (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，共1页。教案主要包含了实验目的，实验原理与设计，实验器材，实验步骤，数据处理等内容，欢迎下载使用。
(1)经历根据实验原理设计测量玻璃的折射率的过程。
(2)经历测量玻璃折射率的实验过程。
(3)体会计算法、数据拟合、单位圆法在处理数据时的应用。
教学重难点
教学重点
实验设计、实验操作、数据处理
教学难点
实验设计、数据处理
教学准备
木板、白纸、图钉、大头针、玻璃砖、铅笔、直尺、量角器。
教学过程
新课引入
教师设问：上节课我们学习了光的折射定律和折射率，请同学们回忆一下光的折射规律、折射率的概念。
学生活动：思考并集体回答老师所提问题。
教师口述：对于确定的某一介质，应该怎样求它的折射率？这节课我们就通过实验来测定玻璃的折射率。
讲授新课
一 实验目的
教师口述：根据我们刚才所提的问题，实验目的当然就是测定玻璃的折射率。
二 实验原理与设计
教师活动：讲解实验原理。
用插针法确定入射光线和折射光线。画出法线测出入射角θ1和折射角θ2，则n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)。
三 实验器材
教师设问：请同学们根据我们的实验设计，列举出实验所需要的器材。
学生活动：小组内讨论实验所需要的器材，然后小组代表发言。
教师活动：理答。
实验所需要的器材：玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、直尺、铅笔。
四 实验步骤
教师口述：请同学们根据前面的实验设计和选定的实验器材制订细致的实验操作步骤。
学生活动：小组内讨论实验操作步骤，然后小组代表发言。
教师活动：理答。
(1)如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上。
(2)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。
(6)连接OO′，入射角θ1=∠AON，折射角θ2=∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角。
(7)用上述方法测出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角。
师生活动：学生分组进行实验，教师作必要指导。
五 数据处理
教师设问：请同学们思考怎样通过这些数据来求玻璃的折射率。
学生活动：小组内讨论老师所提问题。
教师活动：讲解数据处理方法。
(1)计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的eq \f(sin θ1,sin θ2)，并取平均值。
(2)单位圆法
以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′。如图所示，sin θ1＝eq \f(EH,OE)，sin θ2＝eq \f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，则n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)＝eq \f(EH,E′H′)。只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。
(3)图像法
改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2图象，由n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)可知图像应为直线，如图所示，其斜率为折射率。
教师设问：请同学思考实验中误差的来源。
学生活动：小组内讨论老师所提问题，然后小组代表发言。
教师活动：讲解实验中误差可能的来源。
(1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。
(2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。
典题剖析
例1 某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。
(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________。
A．选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．选用两光学表面平行的玻璃砖
C．选用粗的大头针完成实验
D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是________。
(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝________。(用图中线段的字母表示)
解析：(1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距大的玻璃砖以及使同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准确程度，减小误差；两光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应选用细长的大头针，故选B、C错误。
(2)两光学表面平行的玻璃砖的入射光线与出射光线平行，在空气中的入射角大于玻璃中的折射角，画图可知正确的图为D。
(3)玻璃的折射率n＝eq \f(sin i,sinr)，又sin i＝eq \f(AC,R)，sin r＝eq \f(BD,R)，故n＝eq \f(AC,BD)。
课堂小结