Исследовательская работа "Исследование показателя преломления жидкости от концентрации вещества в растворе"

АННОТАЦИЯ

Потапова Ксения Станиславовна

Красноярский край, Шушенский район, п.Ильичево,  МБОУ  Ильичевская  СОШ, 11класс

«Исследование показателя преломления жидкости от концентрации вещества в растворе»

Руководитель: Акунченко Андрей Анатольевич, учитель физики

Цель исследовательской работы: Исследовать возможность применения в повседневной жизни законов преломления света для определения качества продукта.

Методы исследования: физический эксперимент, анализ, сравнение, обобщение результатов.

Основные результаты исследовательской работы: установлена возможность первичной проверки соответствия заявленного качества продукта (жирности молока, марки бензина) без применения дорогостоящего оборудования любым заинтересованным лицом.

ВВЕДЕНИЕ

Преломление (рефракция) — изменение направления распространения оптического излучения(света) при его прохождении через границу раздела двух сред.

Преломление встречается на каждом шагу и воспринимается как совершенно обыденное явление: можно видеть как ложка, которая находится в чашке с чаем, будет «переломлена» на границе воды и воздуха. Преломление и отражение света в каплях воды порождает радугу.

Я заинтересовалась игрой света, в природе и решила и следовать преломление света в жидкостях.

Я знала, что кроме всего прочего преломление света зависит от рода вещества. Мне стало интересно, от каких же еще величин зависит показатель преломления в жидкостях. И хотя из курса физики я знала, что коэффициент преломления зависит еще и от концентрации раствора, однако, чтобы убедиться в этом, и определить можно ли результаты использовать в повседневной жизни я поставила перед собой  цель и задачи:

Цель эксперимента:

Исследовать возможность применения в повседневной жизни законов преломления света для определения качества продукта.

Задачи:

1. Путем проведения экспериментов изучить зависимость угла преломления света в жидкостях от концентрации раствора.
2. Установить зависимость показателя преломления от концентрации раствора.
3. Установить, как влияет на преломление света нанесение на стеклянную пластину слоя вещества слабой прозрачности.
4. Сравнить зависимости показателя преломления растворов различных веществ.
5. Определить, каким образом полученные результаты можно использовать на практике.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Краткая теория

Если луч света пересекает границу раздела двух прозрачных однородных сред 1 и 2 то

направление луча изменяется в соответствии с законом преломления

где α- угол падения, β - угол преломления, n21 - относительный показатель преломления, т.е. показатель преломления второй среды 2 относительно первой среды 1. 

где n1 и n2- абсолютные показатели преломления сред 1 и 2 соответственно, т.е. показатели преломления этих сред относительно вакуума.

Оборудование для экспериментов

Для достижения поставленных задач я решила провести эксперименты с растворами разных веществ:

• Медного купороса
• Молока
• Бензина

Для этого мне понадобились некоторые детали комплекта лаборатории L-микро «Геометрическая оптика»:

• Лампы накаливания с рабочим напряжением 12В, мощностью 21Вт и прямой нитью накала. Лампы устанавливают в патрон держателя, находящегося внутри корпуса осветителя.
• Диафрагма с одной щелью.
• Соединительная колодка, которая служит для подключения осветителей к источнику электропитания.
• Кювета (прямоугольная прозрачная емкость для наполнения жидкости).
• Лимб (транспортир).
• Плоско - параллельная пластина.

Техника исследования

Соединив все эти детали, мы получаем устройство, которое позволяет нам проводить эксперименты для определения зависимости показателя преломления разных жидкостей от концентрации раствора.

При работе с данным оборудованием следует проявить осторожность с осветителем в связи с его нагревом, а также с кюветой, которая плохо держится на доске из-за слабых магнитов. Для точного расчета измерений изменим лимб из комплекта, отметив с помощью простого транспортира дополнительные деления на градусы.

Структура исследования:

• На доске закрепили транспортир с кюветой.
• В кювету налили 100 мл исследуемой жидкости.
• Над кюветой поместили осветитель с диафрагмой с узкой щелью под углом 50°.
• Изменяя концентрацию раствора жидкости, занесли значения полученных углов преломления в таблицу.
• Вычислили значения показателя преломления.
• По полученным значениям построили графики зависимости показателя преломления от концентрации раствора.

В результате эксперимента, проведенного с медным купоросом, мы получили следующие результаты:

Показатели преломления в растворе CuSO4

График зависимости преломления от концентрации CuSO4 в растворе

Также с помощью прибора «преломления» я установила концентрацию жира в малопрозрачной жидкости. В данном случае в молоке.

Я направила луч на плоскость параллельную пластине, на поверхность капнула пипеткой молоко и равномерно растёрла, то есть создала ровный слой из молока. При этом уменьшается прозрачность среды и увеличивается преломление - так например, при жирности молока 2,5%, коэффициент преломления равен 0,45. При жирности - 4% он равен 0,532, а при жирности 10% коэффициент преломления равен 0,4848.

Показатель преломления в молоке

График зависимости показателя преломления от жирности молока

Также я с помощью прибора «преломления» установила плотность бензина разной марки.

Я провела исследования коэффициента преломления бензина различных марок, и установила следующую зависимость: чем выше марка бензина, тем коэффициент преломления меньше.

Показатели преломления в бензине.

График зависимости показателя преломления в бензин разных марок

ВЫВОДЫ

1. Коэффициент преломления раствора медного купороса пропорционален содержанию вещества в растворе,  точкой отсчета является 1,33 – показатель преломления воды, где содержание другого вещества 0%.
2.  Коэффициент преломления  бензина не зависит от марки горючего, точкой отсчета является 1- показатель преломления луча в воздухе.
3. Коэффициент преломления молока  пропорционален содержанию жира в воде. Для данного опыта точкой отсчёта является показатель преломления стекла – 1,44.
4. Результаты данных экспериментов можно применить на практике для:

• Определения содержания вещества в растворе.
• Определения жирности молока.
• Рекомендовать для проведения практических работ на уроках.
• Для разработки компактного прибора основанного на свойствах преломления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Булат В.Л. «Оптические явления в природе»- М.: Просвещение, 1974г.

2. Пёрышкин А.В. «Факультативный курс по физики»- М.: Просвещение, 1980г.

3. Покровский С.Ф. «Наблюдай и исследуй сам»- М.: Просвещение, 1966г.

4. Справочное пособие по физике. Авт.-сост. И. Е. Гусев. -Мн.: Харвест,1998.-576с.-(Библиотека школьника).

5. Физический энциклопедический словарь. Гл. ред. А. М. Прохоров. Изд. «Советская энциклопедия», 1983.