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!