Определение показателя преломления света
TRANSCRIPT
ЛУГАНСКАЯ ОБЛАСТНАЯМАЛАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УЧАЩЕЙСЯ МОЛОДЁЖИ
Определение показателя преломления света жидких оптически прозрачных веществ
Роботу выполнил: Севастьянов Дмитрий АлесандровичКоммунальное Учериждение «Луганская Средняя Общеобразовательная школа №18»
Научный руководитель: Воронкин Алексей Сергеевич, старший преподаватель Луганской государственной академии культуры и искусств, магистр по электронным приборам, член украинского физического общества
Целью работы является разработка метода и создание экспериментального образца установки для определения показателя преломления света оптически прозрачных веществ.
Научная новизна работы заключается в том, что разработана экспериментальная установка для определения показателя преломления оптически прозрачных жидкостей позволила качественно повысить наглядность метода рефрактометрии.
Практическое значение состоит в том, что использование предложенной установки позволит повысить качество обучения за счет повышения интереса у учащихся к физике при проведении данной работы.
Общие сведения. Законы отражения и преломления
Явление полного внутреннего отражения
Измерения показателя преломления света оптически прозрачных жидкостей с
помощью рефрактометра Аббе
Измерения показателя преломления света стекла
Расчет оптимальных параметров установки для исследования показателя преломления света жидких оптически прозрачных веществ
Распространение света через прозрачную плоско-параллельную кювету с исследуемой
оптически прозрачной жидкостью
Расчет геометрии предложенной установки
)n,αf(h,=ΔS 21
Подставив h и α1, получим функцию ΔS=f(n2).
.sin
arcsin2
11
−⋅
n
)(αtg)tg(αh=ΔS
Расчет оптимального угла падения на первую поверхность кюветы ( ).
Для исключения явления полного отражения
2
1sinn
nKP =α
Величина критического угла:
Тогда ÊÐα/0
1 1348,1
1arcsin ==KPα
/02 456
2,1
1arcsin ==KPα
изменяется от
до
нами был выбран угол 500, а ширина кюветы h=60 мм
ТАБЛИЦА ЗНАЧЕНИЙ ЗАВИСИМОСТИПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ОТ
Расчет произведен в математическом редакторе
ΔS, мм 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
n2 1,136 1,154 1,173 1,191 1,210 1,228 1,246 1,265 1,283 1,301
ΔS, мм 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
n2 1,320 1,338 1,357 1,455 1,494 1,533 1,573 1,612 1,651 1,690
.sin
arcsin2
11
−⋅
n
)(αtg)tg(αh=ΔS 0
1 50=α 60=h мм
График смещения луча лазера после прохождения через кювету от показателя преломления
Аппроксимация графика функции двумя прямыми
8.404,54 2 −⋅=∆ nS (мм)
1.35,25 2 −⋅=∆ nS (мм)
Установка для исследования показателя преломления света жидких оптически
прозрачных веществ
λ=532 нм
Вещество
Водадистиллиро
ванная(при 200С)
Спирт этиловый
Хлоро-форм
Глицерин Анилин Серо-углерод
Показатель приломлен
ия, n2 1,333 1,362 1,449 1,473 1,586 1,632
, мм( ,
h=0,06 м)29,3 30,6 34,1 35,0 38,4 39,6
S∆0
1 50=α
Расчетные значения эквивалентного смещения точки лазера для эталонов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ ТОЧКИ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА ДЛЯ
ЭТАЛОНОВ
Вещество
Водадистиллирова
нная (при 200С)
Спирт этиловый
Глицерин
Эталонное значение, 1,333 1,362 1,473
Длина волны λ=532 нм
, мм( , h=0,06 м) 26,0 27,0 32,0
Расчётное значение (n2)1 по значению
1,228 1,246 1,338
Относительная погрешность измерения , %
8,5% 9,3% 10,0%
ÈCTn2
1S∆0
1 50=α
1S∆
100)(
)(
12
2121 n
nn ICT−=δ
Вещество
ВодаДистиллирова
нная (при 200С)
Спирт этиловий
Глицерин
Эталонное значение, 1,333 1,362 1,473ÈCTn2
Длина волны λ=630 нм
, мм( , h=0,06 м)
24,0 25,0 30,0
Расчётное значение(n2)2 по
1,191 1,210 1,301
Относительная погрешность измерения , %
11,9% 12,5% 13,2%
2S∆0
1 50=α
2S∆
100)(
)(
22
2222 n
nn ICT−=δ
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА НЕКОТОРЫХ ЖИДКИХ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ
ВЕЩЕСТВ
λ=532 нм
, мм( , h=0,06 м,t=250С, λ=532 нм
24,0 25,0 25,0 27,0 36,0
n2 1,19 1,21 1,21 1,25 1,53
S∆0
1 50=α
Исследуемое вещество
Моющее средство
Водаводопро-водная
Перекись водоро-да, 3%
Масло подсолнеч-
ное рафинова-
ное
Вода кипячёная
λ=630 нм
, мм( , h=0,06 м,t=250С, λ=630 нм
23,5 24,0 24,0 26,0 34,0
n2
(додаток Б)1,18 1,19 1,19 1,23 1,45
S∆0
1 50=α
Исследуемое вещество
Моющее средство
Водаводопро-водная
Перекись водоро-да, 3%
Масло подсолнеч-
ное рафинова-
ное
Вода кипячёная
Исследование показателя преломления двухкомпонентных растворов
вода водопроводная – сахар
% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 28%
ΔS, мм 25,0 25,5 26 27 27,5 29 30
n2 1,21 1,22 1,23 1,24 1,25 1,28 1,30
вода водопроводная – соль
% 0% 5% 10% 15% 20% 25%
–ΔS, мм 25,0 26,0 27,0 28,0 29,0 31,0
n2 1,21 1,23 1,24 1,26 1,28 1,32
λ=532 нм
ФОТОГРАФИИ ПРОХОЖДЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА ЧЕРЕЗ ПЛОСКО-ПАРАЛЛЕЛЬНО КЮВЕТУ С НЕКОТОРЫМИ ИССЛЕДУЕМЫМИ ЖИДКОСТЯМИ
Дистиллированная вода Газированный напиток
Домашнее молоко
Выводы
• предложен метод определения показателя преломления (от 1,20 до 1,70) жидких оптически прозрачных веществ с использованием оптически прозрачной плоско-параллельной кюветы и источника монохроматического света;
• разработана математическая модель – рассчитана геометрия экспериментальной установки;
• подтверждена зависимость показателя преломления от длины волны,
• наиболее высокую точность была получена при использовании лазера с длиной волны 532 нм – метод полностью реализует поставленную задачу с ошибкой до 10 %,
• разработку можно применить на практике для исследования оптически прозрачных веществ, определения количества вещества в растворе, а также для проведения практических занятий на уроках.
Спасибо за внимание!