Научная работа слушателя ЛОМАНУМ

1. ЛУГАНСКАЯ ОБЛАСТНАЯ
МАЛАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УЧАЩЕЙСЯ МОЛОДЁЖИ
Определение показателя преломления света
жидких оптически прозрачных веществ
Роботу выполнил: Севастьянов Дмитрий Алесандрович
Коммунальное 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

2. 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.

3. Общие сведения. Законы отражения и преломления
Явление полного внутреннего отражения

4. Измерения показателя преломления
света оптически прозрачных жидкостей с
помощью рефрактометра Аббе

5. Измерения показателя преломления
света стекла

6. Расчет оптимальных параметров установки
для исследования показателя преломления
света жидких оптически прозрачных веществ

7. Распространение света через прозрачную
плоско-параллельную кювету с исследуемой
оптически прозрачной жидкостью

8. Расчет геометрии предложенной
установки
ΔS = f(h, α1 , n2 )
   sin(α1 )  
ΔS = h ⋅ tg(α1 ) − tg  arcsin
  n  .


   2  

Подставив h и α1, получим
функцию ΔS=f(n2).

9. Расчет оптимального угла падения на
первую поверхность кюветы ( ).
Величина критического угла:
n1
sin α KP =
n2
Тогда α ÊÐ изменяется от
1 1
α KP1 = arcsin = 3401/ до α KP 2 = arcsin = 56 0 4 /
1,8 1,2
Для исключения явления полного отражения
нами был выбран угол 500, а ширина кюветы h=60 мм

10. ТАБЛИЦА ЗНАЧЕНИЙ ЗАВИСИМОСТИ
ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ОТ
   sin(α1 )  
ΔS = h ⋅ tg(α1 ) − tg  arcsin
  n  . 
 α1 = 500 h = 60 мм

   2  
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
Расчет произведен в математическом редакторе

11. График смещения луча лазера после прохождения
через кювету от показателя преломления

12. Аппроксимация графика функции двумя
прямыми
∆S = 25,5 ⋅ n2 − 3.1 (мм)
∆S = 54,4 ⋅ n2 − 40.8 (мм)

13. Установка для исследования показателя
преломления света жидких оптически
прозрачных веществ

14. λ=532 нм

15. Расчетные значения эквивалентного смещения точки
лазера для эталонов
Вода
дистиллиро Спирт Хлоро- Серо-
Вещество Глицерин Анилин
ванная этиловый форм углерод
(при 200С)
Показатель
приломлен 1,333 1,362 1,449 1,473 1,586 1,632
ия, n2
∆S , мм
α 1 = 50 0
( , 29,3 30,6 34,1 35,0 38,4 39,6
h=0,06 м)

16. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
СМЕЩЕНИЯ ТОЧКИ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА ДЛЯ
ЭТАЛОНОВ
Вода
дистиллирова Спирт
Вещество Глицерин
нная этиловый
(при 200С)
Эталонное значение, n2 ÈCT
1,333 1,362 1,473
Длина волны λ=532 нм
∆S1 , мм
26,0 27,0 32,0
(α = 50
0
1
, h=0,06 м)
Расчётное значение (n2)1
1,228 1,246 1,338
по значению ∆S1
Относительная погрешность
измерения (n ) − n 8,5% 9,3% 10,0%
δ1 = 2 1 2 ICT
100 ,%
(n2 )1

17. Вода
Дистиллирова Спирт
Вещество Глицерин
нная (при этиловий
200С)
Эталонное значение, n2 ÈCT 1,333 1,362 1,473
Длина волны λ=630 нм
∆S 2 , мм
24,0 25,0 30,0
( α = 50 0 , h=0,06 м)
1
Расчётное значение(n2)2
1,191 1,210 1,301
по ∆S 2
Относительная погрешность
измерения 11,9% 12,5% 13,2%
(n ) − n
100 , %
2 2 2 ICT
δ =
2
(n2 ) 2

18. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА
НЕКОТОРЫХ ЖИДКИХ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ
ВЕЩЕСТВ

19. Масло
Моющее Вода Перекись подсолнеч-
Исследуемое Вода
средство водопро- водоро- ное
вещество да, 3%
кипячёная
водная рафинова-
ное
λ=532 нм
∆S , мм
( α 1 = 50 , h=0,06 м,
0
24,0 25,0 25,0 27,0 36,0
t=250С, λ=532 нм
n2 1,19 1,21 1,21 1,25 1,53

20. Масло
Моющее Вода Перекись подсолнеч-
Исследуемое Вода
средство водопро- водоро- ное
вещество да, 3%
кипячёная
водная рафинова-
ное
λ=630 нм
∆S , мм
( α 1 = 50 0 , h=0,06 м,
23,5 24,0 24,0 26,0 34,0
t=250С, λ=630 нм
n2
1,18 1,19 1,19 1,23 1,45
(додаток Б)

21. Исследование показателя преломления
двухкомпонентных растворов
λ=532 нм
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

22. ФОТОГРАФИИ ПРОХОЖДЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА ЧЕРЕЗ ПЛОСКО-
ПАРАЛЛЕЛЬНО КЮВЕТУ С НЕКОТОРЫМИ ИССЛЕДУЕМЫМИ ЖИДКОСТЯМИ
Дистиллированная вода Газированный напиток
Домашнее молоко

23. 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,

24. • 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.

25. Спасибо за внимание!