Исследовательская работа "Как получить радугу в домашних условиях"
творческая работа учащихся (3 класс) на тему

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 16»

Исследовательская работа по теме:

«Как появляется радуга.

Получение радуги в домашних условиях».

               Автор работы:

                                                                             Четверкина Алина

                                                                             ученица 3 «А» класса

г. Губкин

2009 год

Содержание

Введение

Значение слова «радуга» в энциклопедических словарях

Легенды и верования, связанные с радугой

История исследования радуги учеными

Образование радуги с точки зрения физики

Описание экспериментов: радуга в домашних условиях

Заключение

Литература

Приложение

Введение

           Наверное, нет человека, который не любовался бы радугой. Это великолепное красочное явление на небосводе издавна привлекало всеобщее внимание. Всем нам с детства известна поговорка «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан», существует также менее популярный вариант «Как однажды Жан звонарь головою сшиб фонарь». По начальным буквам этих поговорок мы запоминаем названия и последовательность цветов такого необычного и красивого явления природы, как радуга.

Её считали доброй предвестницей, приписывали ей магические свойства. Само название «радуга» происходит от словосочетания  «райская дуга». Существует старинное английское поверье, согласно которому у подножия радуги можно найти горшок с золотом. Все знают, что волшебными свойствами радуга может обладать лишь в сказках, а в действительности радуга – это оптическое явление, связанное с преломлением световых лучей на многочисленных капельках дождя. Радугу творят водяные капли: в небе – дождинки, на поливаемом асфальте – капельки, брызги от водяной струи. Радугу могут творить и капли – росинки, которыми осенним утром покрыта низко склонённая трава. Однако не все знают, как именно преломление света на капельках дождя приводит к возникновению на небосводе гигантской многоцветной дуги. Как образуется радуга? Когда и как её можно увидеть? Какова теория этого явления? Можно ли экспериментально исследовать радугу? Как получить искусственную радугу? Ответы на эти и многие другие вопросы даются в этой работе. В работе рассмотрены вопросы геометрии (форма и расположение разноцветных дуг) и физики (законы, определяющие форму и цвета) радуги. Описаны различные способы получения искусственной радуги в обычных условиях. Таким образом, в работе достаточно подробно рассмотрены вопросы получения и исследования искусственной радуги.

Актуальность исследования состоит в том, что развитие творческого мышления становится главным фактором для стремления к развитию и проявлению всех способностей личности. Работая под девизом «Всё, что неизвестно - очень интересно!» можно увлекательно провести время:

- не испугаться неизвестности, а быстро понять, каких знаний не хватает;

- решить, где и как эти знания можно получить, а получив их,

проанализировать свою деятельность;

- в ходе поисково-исследовательской деятельности можно делиться результатами со своими сверстниками.

Благодаря такой работе  возрастает активность в познавательной сфере деятельности.

Гипотеза: радугу можно получить в лабораторных условиях,  возможно ли получить ее в домашних условиях? Если возможно, то каким способом.

Цели исследования:

Рассмотреть и изучить последовательность цветов в радуге;

Исследовать тайну появления радуги в природе

Провести ряд экспериментов для  получения  радуги в домашних условиях.

Задачи  исследования:

Найти и  изучить материал, описывающий и объясняющий возникновение радуги.

Выявить основные взгляды ученых.

Найти в интернете и проанализировать материал о радуге.

Первое упоминание о радуге, влияние на жизнь человека.

Подготовить стендовую презентацию материала по теме исследования.

Методы исследования:

 Анкетирование

Самостоятельные практические  опыты для подтверждения

гипотезы:

опыт: радуга в шкафу;

опыт с пульверизатором;

опыт с мыльными  пузырями;

опыт с зеркалом;

опыт с компьютерным диском.

Значение слова «радуга» в энциклопедических словарях

Радуга – разноцветная дуга на небосводе. Наблюдается, когда Солнце

освещает завесу дождя, расположенную на противоположной от него стороне неба. Объясняется преломлением, отражением света в каплях дождя.

(Советский энциклопедический словарь под ред. А.М.Прохорова)

Радуга –  разноцветная дугообразная полоса на небесном своде,

образующаяся вследствие преломления солнечных лучей в дождевых каплях.

(Толковый  словарь русского языка Ожегова С.И.)

Радуга - оптическое явление в атмосфере, наблюдаемое при дожде,

когда лучи солнца преломляются через пелену дождевых капель; на небосклоне появляется окрашенная в цвета спектра дуга, причем наружная сторона - в красный, а внутренняя - в фиолетовый цвет.
(По данным Малого Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона) http://slovari.yandex.ru/art.xml? 

«Радуга» — претерпевшее изменение слово «райдуга», или Божья

дуга.

(По словарю В.Даля)

История исследования радуги учеными

         Персидский астроном Qutb al-Din al-Shirazi (1236—1311), а возможно, его ученик Kamal al-din al-Farisi (1260—1320), видимо, был первым, кто дал достаточно точное объяснение феномена.
           В 1571 году Флетчер из Бреслау опубликовал работу, в которой утверждал, что наблюдатель видит радугу в результате попадания в его глаз световых лучей, каждый из которых испытывал двукратное преломление в одной капле дождя и последующее преломление в одной капле дождя и последующее отражение от другой капли дождя (рис. 2 а).

Итальянец Антонио Доминико (1566–1624 гг.) предложил иной вариант объяснения прохождения светового луча к наблюдателю. Он утверждал, что световой луч, участвующий в формировании изображения радуги, испытывает двукратное преломление и одно отражение в одной и той же дождевой капле (рис. 2б).

Рис. 2

 Исходный солнечный луч А, входя в каплю, преломляется, затем испытывает отражение в точке В и, наконец, выходит из капли, преломляясь в точке С. Он образует угол и  в результате наблюдатель видит радугу под углом к направлению падающих солнечных лучей.

Рене Декарт, развивая представления Доминико, объяснил возникновение вторичной радуги. Он исходил из того, что в каждой из точек А, В и С световой луч испытывает как преломление, так и отражение. Правда, лучи отраженные в точке А, а также преломленные в точке В не участвуют в формировании изображения радуги и в данном случае интереса не представляют (рис. 2б). Что же касается луча, отраженного в точке С, то он может, преломившись в точке D, выйти из капли и участвовать в формировании еще одного изображения радуги (рис. 2в), точке D, то вторичная радуга оказывается более бледной. Однако ни Доминико, ни Декарт не сумели объяснить, почему наблюдатель видит радугу именно под углом 42о (или 52о), а главное, они оказались не в состоянии объяснить возникновение цветов радуги. Так, Доминико полагал, что световые лучи, которые проходят внутри капли наименьший путь и поэтому в наименьшей степени смешиваются с темнотой, дают красный цвет, тогда как лучи, проходящие наибольший путь внутри капли, в наибольшей степени смешиваются с темнотой и в результате образуют фиолетовый цвет. Такое объяснение образования разных цветов в радуге возникло в результате неправильного объяснения возникновения цветов.

Говоря о представлениях возникновения цветов, следует начать с теории цветов Аристотеля (IV век до нашей эры). Аристотель утверждал, что различие в цвете определяется различием в количестве темноты, “примешиваемой” к солнечному (белому) свету. Фиолетовый цвет, по Аристотелю, возникает при наибольшем добавлении темноты к свету, а красный – при наименьшем. Таким образом, цвета радуги – это сложные цвета, а основным является белый цвет. Интересно, что появление стеклянных призм и первые опыты по наблюдению разложения цвета призмами не породили сомнений в правильности Аристотелевской теории возникновения цветов.

И Хариот, и Марци оставались последователями этой теории. Хариот и Марци независимо друг от друга первые исследовали дисперсию света. Именно Марци установил, что каждому цвету соответствует свой угол преломления.

       Общая физическая картина радуги была описана в 1611 году Марком Антонием де Доминисом в книге «De radiis visus et lucis in vitris perspectivis et iride». На основании опытных наблюдений он пришел к заключению, что радуга получается в результате отражения от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления — при входе в каплю и при выходе из нее.
        Рене Декарт дал более полное объяснение радуги в 1635 году в своем труде «Метеоры» в главе «О радуге».
       Хотя многоцветный спектр радуги непрерывен, по традиции в нем выделяют 7 цветов. Считают, что первым выбрал число 7 Исаак Ньютон, для которого число 7 имело специальное символическое значение. Причём первоначально он различал только пять цветов - красный, желтый, зеленый, голубой и фиолетовый, о чём и написал в своей «Оптике». Но в последствии, стремясь создать соответствие между числом цветов спектра и числом основных тонов музыкальной гаммы, Ньютон добавил к пяти перечисленным цветам спектра еще два.

Образование радуги с физической точки зрения

          После дождя пока маленькие капельки воды еще удерживаются потоками воздуха, лучи солнца проходят сквозь них, преломляются, отражаются и возвращаются к нам под углом 42 градуса. Когда солнечные лучи проходят сквозь капли, свет разлагается на цвета спектра от красного до фиолетового.

Физика радуги

Радуга возникает из-за преломления и отражения солнечного луча на капле воды.

Схема образования радуги.
1) капля,

2) внутреннее отражение,

3) первая радуга,

4) преломление,

5) вторая радуга,

6) входящий луч света,

7) ход лучей при формировании первой радуги,

8) ход лучей при формировании второй радуги,

9) наблюдатель,

10-12) область формирования радуги.

Радуга – это замкнутый круг, нижняя часть которого скрыта под горизонтом и потому не видна.

 Описание экспериментов: радуга в домашних условиях

         Выше рассматривалась теория радуги, и случайные наблюдения этого природного явления. Другое дело – это экспериментальное исследование. Для этого, прежде всего, нужно получить радугу искусственно.

Опыт первый: радуга в шкафу

Оборудование: лист белой бумаги, стекло, источник света солнце.

Выбрать время, когда светит яркое солнце, прикрыть жалюзи, оставив маленькую щель. Из-за преломления света через стекло на бумаге возникает радуга.

         Опыт второй

Оборудование: пульверизатор, наполненный водой, источник света солнце.

         Создаем облако падающих в воздухе капель и на них наблюдаем радугу.

Условия такого опыта вполне соответствует природным, однако, получить требуемое облако совсем не просто.

Опыт третий

Оборудование: баночка с мыльной водой, приспособление для выдувания пузырей.

           Берем приспособление, окунаем в  баночку с мыльной пеной и выдуваем пузыри.  На летящих в воздухе пузырях можно увидеть радугу.

Опыт четвертый

Оборудование: таз, до краев наполненный водой; зеркальце, установленное в воде под углом 25°; источник света солнце.

В солнечный день поставим около окна таз с водой и опускаем в него зеркало. Зеркало нуждается в подставке, так как угол между ним и поверхностью воды должен составлять 25°. Если зеркальце «поймает» луч света, то в результате преломления луча в воде и его отражения от зеркала на стене или на потолке возникнет радуга.

Этот опыт можно провести и вечером: тогда источником света выступит настольная лампа. Спектр получится в затемненном помещении.

Опыт пятый

Оборудование: компьютерный диск, источник света солнце.

В солнечный день направляем компьютерный диск под углом 25°. Если диск «поймает» луч света, то в результате преломления луча  на стене или на потолке возникнет радуга.

Вывод: проделав опыты я узнала, что радугу можно получить в домашних условиях.

Заключение

Выполнив эту работу, я убедилась, как много удивительного и  полезного для практической деятельности может заключаться в явлении преломлении света. Именно оно позволяет объяснить такую «загадку» природы, как  радуга.  При этом узнала, как благодаря Ньютону были разрушены вековые представления о происхождении цветов.   Знакомство с новым предметом с физикой и в частности с явлением радуги  узнала законы, новые понятия, которые расширяют область знаний. Радуга – очень интересное явление, изучение которого требует больших усилий и является очень интересным. Изучению радуги способствует получение её в домашних условиях. Получение радуги экспериментальным методом (искусственная радуга) позволяет провести исследование этой радуги. Полученные результаты при исследовании  могут быть интересны и полезны как для стороннего наблюдателя, так и для школьников.

Литература

Белкин И. К. Что такое радуга? –  «Квант»1984,   № 12, стр. 20.

Булат В. Л. Оптические явления в природе. М.: Просвещение, 1974г., 143 с.

Гегузин Я. Е. «Кто творит радугу?» – Квант 1988г.,  № 6, стр.46.  

Майер В. В., Майер Р. В. «Искусственная радуга» – Квант 1988г.,  № 6, стр.48.  

Ньютон И. Лекции по оптике.  

Тарасов Л. В. Физика в природе. – М.: Просвещение, 1988г.  

Добрый день уважаемые члены жюри, гости и юные исследователи! Предлагаю вашему вниманию исследовательскую работу по теме: «Кристаллизация растворов на примере выращивания кристаллов поваренной соли, сахара  и медного купороса в домашних условиях».

Из книг мы узнали, что кристаллы получают в лаборатории, но встречаются они и в природе. Например, снежинки, морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев. Не каждый ребенок знает о том, что за этой красотой скрываются кристаллы. Снежинки - это кристаллы льда, точнее - сростки простых кристаллов льда - иголочек и пластинок. Формы кристаллов льда, снега и инея удивительно красивы.  Они меняются от шипов инея, до похожих на папоротник кристаллов льда и снега.

Многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов. Некоторые виды моллюсков обладают способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр. Через 5-10 лет образуется жемчуг.  Кристаллами также являются алмазы, рубины, сапфиры и другие драгоценные камни. Они  широко применяются в науке, промышленности, оптике, электронике.

Актуальность исследования состоит в том, что выращивание кристаллов -  увлекательное занятие и, пожалуй, самое простое, доступное и недорогое для большинства юных химиков, максимально безопасное;  объясняется интересом образования различных по форме и цвету кристаллов в любое время года.

Цель работы: провести исследование по выращиванию  кристаллов поваренной соли, сахара  и медного купороса в домашних условиях.

Задачи исследования:

Проанализировать текстовый и иллюстративный материал по данной теме.

Изучить методики процесса кристаллизации.

Обобщить полученную информацию о строении кристалла.

Выполнить опытно-экспериментальную работу по изученным методикам.

Подготовить стендовую презентацию материала по теме исследования.

Выпустить буклет – памятку для юных исследователей.        

              Методы исследования:

Накопление теоретического материала.

Проведение опытно-экспериментальной деятельности с целью получения кристаллов из поваренной соли, сахара  и медного купороса.

Анализ полученных результатов исследования.

          Объектом исследования являются кристаллы.  

           Предметом  исследования – процесс кристаллизации.

Гипотеза исследования:  мы предположили, что кристаллы  могут появляться при создании определенных условий; значит, если изменить условия кристаллизации и растворить различные вещества, то можно получить кристаллы разной формы и цвета в домашних условиях.

Практическое значение исследования состоит в том, что оно может быть использовано на уроках окружающего мира, во внеклассных мероприятиях,  занятиях кружка «Юный химик».

Новизна исследования заключается в представлении  выработанных рекомендаций юным исследователям по выращиванию кристаллов в домашних условиях, которые способствуют  повышению интереса, активности и самостоятельности в опытно-экспериментальной деятельности, а также  познания мира младшими школьниками.

Что же такое кристаллы? Кристаллы, в переводе с греческого языка, (krystallos) «лёд».  По данным энциклопедии, кристалл - это твердое тело. Кристаллики растут, присоединяя частицы вещества из жидкости или пара. Кристаллы бывают естественного происхождения и искусственного, выращенные в специально-созданных условиях.  И каждый человек, при желании может легко вырастить кристаллы у себя дома. Но для того, чтобы результат получился действительно красивым необходимо аккуратно  выполнять все действия.

В Интернете можно найти много инструкций по поводу того, как выращивать кристаллы из различных химических веществ. Мы решили проверить все самостоятельно, и в качестве основы взяли обычную поваренную соль, сахар которые можно найти на любой кухне и медный купорос, использующийся в садоводстве.

Проанализировав текстовый материал и определив методы исследования,   провели экспериментальную работу по выращиванию кристаллов в домашних условиях.

опыт №1 Выращивание кристаллов из поваренной соли.

Берём соль, разводим раствор в ёмкости и ставим её в кастрюлю с тёплой водой, пока не раствориться.   Добавляем ещё соль и снова перемешиваем. Повторяем этот этап до тех пор, пока соль  не будет растворяться,  и станет оседать на дно стакана. Мы получили насыщенный раствор соли. Переливаем его в чистую ёмкость. Выбираем любой понравившийся более крупный кристаллик поваренной соли,  привязываем за нитку и подвешиваем, чтобы он не касался стенок стакана. Уже через пару дней можно заметить значительный для кристаллика рост. С каждым днём он будет увеличиваться.

Результат: мы получили кристалл поваренной соли.

 Вывод: 

1. Поваренная соль состоит из кристаллов.

2. При соприкосновении кристаллов соли с водой, они растворяются.

3. Быстрее всего кристаллы  соли могут образовываться в насыщенном растворе поваренной  соли.

4. По мере того как вода испаряется, соль снова  образует кристаллы.

5. В домашних условиях  можно вырастить кристаллы при необходимых условиях: наличие насыщенного солевого раствора и ниточки с затравкой.

опыт №2  Выращивание кристаллов из сахара.

В воду всыпаем 2 столовые ложки сахара и хорошо перемешиваем, если сахар полностью растворился, добавляем еще немного. Когда на дне стакана останется нерастворимый осадок, значит раствор готов. Аккуратно наливаем по 2 столовые ложки раствора на каждое блюдце.  Чтобы получить цветные кристаллы можно капнуть немного пищевого красителя. Через пару дней начнут расти кристаллы. Ждем еще несколько дней и любуемся получившимися кристаллами.

Результат: мы получили цветные кристаллы сахара.

Вывод: 

1. Сахар состоит из кристаллов.

2. При соприкосновении кристаллов сахара с водой, они растворяются.

3. По мере того как вода испаряется, сахар снова  образует кристаллы.

опыт №3  Выращивание кристаллов из медного купороса.

Берем банку с водой, добавляем медный купорос, тщательно перемешиваем до тех пор, пока он будет растворяться.  Ёмкость с водой лучше всего постепенно подогревать для  более быстрого растворения химиката.   В процессе вода начнет менять цвет – от голубого  до тёмно синего. После этого в стеклянную банку  опускаем «затравку». Это обычная ниточка, привязанная на карандаш. И уже через пару дней мы видим, что на ниточку наросло множество маленьких кристалликов синего цвета. Продолжаем выращивание до  тех пор, пока вода не станет светлого цвета, а кристаллы не перестанут расти.

Результат: мы получили кристалл медного купороса.  Выращенные кристаллы небольшой формы можно использовать в качестве украшения, например, рамки для фотографий или других предметов.

В результате проведенных исследований  гипотеза полностью подтверждается: нам удалось вырастить  кристаллы поваренной соли, сахара и медного купороса в домашних условиях.

Вывод: 

при благоприятных условиях поваренная соль, сахар, медный купорос принимают форму кристаллов;

кристаллы различных веществ имеют разную форму;

на форму кристаллов  оказывает влияние температура;

кристаллы различных веществ имеют различные свойства (одни кристаллы окрашиваются, другие – бесцветны; одни кристаллы растут хорошо, другие – плохо).

быстрее и легче кристалл растёт  тогда, когда в насыщенный раствор помещается кристалл- «затравка».

                 Благодарю за внимание!

Кристаллизация – процесс перехода тела из жидкого  состояния в  твёрдое, причём оно принимает более или менее правильную геометрическую  форму кристалла.

Растворение – процесс, при переходе  твёрдого вещества в жидкое.

Насыщенный раствор – раствор, в котором растворённое вещество при данных условиях  больше не растворяется.

 Испарение -  процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное (пар) .

Третий этап выращивания кристаллов в домашних условиях.
Выращивание.

Поместите в банку пуговицу с проволкой, чтобы пуговица находилась посередине банки и не касалась стенок. После, того, как вы поместите в банку пуговицу, ее нельзя двигать. Кристаллы будут расти почти сутки - 24 часа. Они нарастут на проволоке и на пуговице. после того как они вырастут можно их вытащить и высушить бумажной салфеткой. Чем насыщенней вы приготовите раствор, тем больше кристаллов Вы получите. Форма кристаллов зависит от чистоты оборудования и ингредиентов.