Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Башкирский государственный медицинский университет

Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию РФ»

Кафедра………………………………………………………

«Утверждаю»

Зав. кафедрой,

профессор ____________________

«___» __________________201__ г.

Дисциплина……Физика…………. Специальность Педиатрия

Курс первый Семестр первый

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

на тему «Определение показателя преломления и концентрации растворов с помощью рефрактометра .»

Методические указания

для студентов первого курса,

обучающихся по специальности

Педиатрия - 060103

Уфа 200__

Тема:____________________________________________________________

на основании типовой программы дисциплины ________________________

_________________________________________________________________

утвержденной МЗ РФ от __________________________г. и в соответствии с

рабочей программой дисциплины____________________________________

_________________________________________________________________,

утвержденной «___» _______________200__г. председателем Учебно-методического совета специальности 060103-педиатрия

профессор _________________________________________

Авторы:

Рецензенты:

Утверждено на заседании кафедры______________________________

«___»_________200__г

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №30

"Определение показателя преломления и концентрации растворов с помощью рефрактометра".

l. TEMA И ЕЕ АКТУАЛЬНОСТЬ.

В данной лабораторной работе изучаются явления полного внутреннего от­ражения света.

На явлении полного отражения света основана работа рефрактомет­ров-приборов, предназначенных для измерения показателя преломления и концентрации растворов, которые используются в медицине для различных целей.

Рефрактометрический метод определения показателя преломления ве­щества имеет ряд преимуществ перед другими методами:

1)он дает достаточно точные результаты;

2) для определения показателя преломления требуется всего одна-две капли раствора;

3)на нем можно измерить показатель преломления густых растворов. Элементы «Волоконной оптики» все шире и успешнее применяются в эндоско­пии.

2. ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ.

2.1.В результате освоения темы студент должен уметь пользоваться ре­фрактометром и освоить метод определения концентрации растворов.

2.2.Для формирования умений необходимо знать:

а) законы отражения и преломления света, явление полного отраже­ния, применение рефрактометра в медицине.

б) устройство и принцип работы рефрактометра.

З. ВИД ЗАНЯТИЯ: лабораторное занятие.

4. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ: 3 академических часа (135 мин).

5. ОСНАЩЕНИЕ: рефрактометр, пипетка, растворы сахара и поваренной соли различной концентрации.

6. СОДЕРЖАНИЕ ЗАНЯТИЯ: теоретическое введение; описание установки; конт­роль исходного уровня знаний; самостоятельная работа студентов; контроль степени усвоения материала по тестам, подведение итогов занятия.

6.1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.

В настоящее время мало литературы по медицинской физике. Имеющиеся учебники Н.М. Ливенцева и А.Н. Ремизова как старых так и новых изданий не содержат ин­формации по новейшим достижениям физики в медицине, некоторые темы из­ложены в малодоступной форме для понимания студентов. В связи с этим предлагается краткая теория данной темы, основанная на современных представлениях.

ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД. ЯВЛЕНИЕ ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ

Опыт и теория показывают, что в различных прозрачных средах свет распространяется с различными скоростями, меньшими чем скорость света в вакууме.

Среда, во всех точках которой скорость распространения света одинако­ва, называется оптически однородной.

При переходе света через границу раздела двух сред, скорость распро­странения света в которых различна, происходит изменение его направле­ния. Это явление называется преломлением или рефракцией света. (рис. 6.1.1)

рис.6.1.1.

На рисунке 6.1.1. -угол падения, -угол отражения, -угол преломления. Из школьного курса физики известно, что:

1.Угол падения равен углу отражения ().

2.Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно от­ношению скоростей света в первой и второй средах:

sin/sin = ₁/₂ = n₂₁ (6.1.1.)

где n₂₁- относительный показатель преломления.

3. Падающий, преломленный и отраженный лучи. а также перпендикуляр к границе раздела сред. проведенный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (законы отражения и преломления света).

Отношение скорости С распространения света в вакууме к скорости его V в данной среде называется абсолютным показателем преломления среды:

n=c/ (6.1.2.)

Абсолютный показатель преломления (или просто показатель преломления) является важной оптической характеристикой среды: он показывает, во сколько раз скорость света в данной среде меньше скорости света в ваку­уме. Очевидно, что абсолютный показатель преломления вакуума равен еди­нице.

Значения показателей премления некоторых веществ для монохроматичес­кого желтого света(показатель преломления зависит от длины волны све­та) о длинной волны =589 нм приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Вещество	Показатель преломления	Вещество	Показатель преломления
Воздух Вода Спирт	1,0003 1,333 1,362	Стекло (крой) Стекло(флинт) Алмаз	1.515 1,755 2,420

Из двух сред, имеющих различные показатели преломления, среда с мень­шим показателем называется оптически менее плотной,а среда о большим показателем оптически более плотной.

В соответствии о определением, данным в начале темы.можно ска­зать,что оптически однородной является среда, во всех точках которой оптическая плотность(показатель преломления)одинакова.

Земная атмосфера является оптически неоднородной средой: ее показа­тель преломления непрерывно уменьшается по мере увеличения высоты над земной поверхностью. Благодаря этому световой луч, идущий в атмосфе­ре, проходит как бы через множество тонких параллельных(друг другу и земной поверхности) слоев,показатель преломления которых уменьшается о увеличением высоты слоя. На границе раздела каждой пары таких слоев происходит преломление луча по закону преломления (6.1.1). В результате луч света в атмосфере искривляется, оказываясь обращенным выпуклостью вверх (от Земли). Это явление называется рефракцией света в атмосфере.

Рефракция света в атмосфере позволяет видеть объекты, фактически (гео­метрически) находящиеся за горизонтом. Чем сильнее рефракция, тем более удаленные за горизонт объекты представляются возможными наблюдать.

При переходе света из оптически менее плотной среды в оптически более плотную среду угол преломления меньше угла падения (рис.6.1.1.а). Если луч падает на границу раздела сред под наибольшим возможным углом =/2 (луч скользит вдоль границы раздела сред), то он будет преломляться под углом _пр (рис.6.1.1,б). Этот угол является наибольшим углом преломления для данных сред и называется предельным углом преломления.Из закона преломления света следует:

n₂₁ = sin(/2)/sin_пр = 1/sin_пp = n₂/n₁ , (6.1.3)

откуда sin_пр = n₁/n₂

Если свет переходит ив оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то угол преломления больше угла падения ( рис.6.1.1.в). При некотором угле падения  луча угол преломления равен /2, т.е. преломлен­ный луч скользит вдоль границы раздела двух сред (рис.6.1.1,г). При дальнейшем увеличении угла падения преломление не происходит, весь падающий свет отражается в первую среду. Это явление называется полным внутренним отражением света. Угол _пр - называется предельным углом пол­ного отражения.

Так как n₂₁ = sin_пр /sin(/2) = n₂/n­₁ то sin_пр = n₂/n₁ (6.1.4)

Таким образом, предельный угол преломления и предельный угол полного отражения для данных сред зависит от их показателей преломле­ния. Это нашло применение в приборах для измерения показателя преломле­ния веществ - рефрактометрах. используемых при определении чистоты во­ды, концентрации общего белка сыворотки крови,для идентификации различ­ных веществ и т.д.

Явление полного внутреннего отражения света нашло техническое при­менение также в волоконной оптике.

Волоконной оптикой называется раздел оптики, в котором рассматривают передачу света и изображения по световодам(светопроводам),сущность ко­торых состоит в следующем. Стеклянная нить покрывается слоем оптически меннее плотного вещества. Луч света,падающий на торец такой нити,обра­зует световод,позволяющий как угодно искривлять путь светового пуч­ка. Если перед торцом световода поместить освещенный объект.то на дру­гом торце световода появится точное его изображение,причем сам свето­вод может быть произвольно изогнут.даже завязан в узел. Световоды ис­пользуются для изготовления гибких перископов (зондов), с помощью кото­рых можно рассматривать объекты.недоступные непосредственному наблюде­нию.

В медицине световоды используют в эндоскопии для осмотра стенок не­которых доступных полостей организма: носоглотки, трахеи и бронхов, же­лудка, мочевого пузыря и др. Для этой цели применяют эндоскопы и г аст­роскопы. Г астроскопы позволяют голографически о помощью лазерного луча формировать объемное изображение внутренней полости желудкА,произвести необходимые снимки с целью диагностики.