Проекты

Другая сторона радуги или применение оптической спектроскопии в исследовании состава вещества

Исследование химического состава простых и сложных веществ по их спектрам. Определить состав светящегося тела на расстоянии.

Направление работы: Оптика
Авторы работы: ГБОУ Школа №2030
Предметы: Физика
Классы: 8 класс
Мероприятия: Городская конференция «Курчатовский проект: от знаний – к практике» 22 апреля 2015 года

Шудрик Наталия Александровна

Описание

Основы спектрального анализа выходят за пределы школьной программы 8 класса. Явления дисперсии, дифракции, виды спектров и спектральный состав излучения атомов изучают только в 11 классе и редко подкрепляют серьёзной практикой. Однако разложить белый свет в спектр и собрать его снова, описать цвет света с помощью физических величин, провести качественный спектральный анализ и использовать его для решения понятной ученикам средней школы проблемы – задачи вполне посильные и очень интересные для ребят этой возрастной категории. Подготовка группы квалифицированных экспертов – спектроскопистов позволит помочь ученикам 11 классов ускорить прохождение практикума по оптике. Участники проекта могут выступить в роли лаборанта или тьютора.

Цель

Исследование химического состава простых и сложных веществ по их спектрам. Определить состав светящегося тела на расстоянии.

Задачи

Предметные: доказательство составной структуры белого света, доказательство волновой природы света, знакомство с лабораторией спектроскопии, и её модернизация, использование лаборатории в исследованиях света, различных источников света и вещества, знакомство со спектрофотометром, исследование с его помощью состава сложных органических веществ.

Межпредметные: математический анализ данных, сравнение, знакомство с методами автоматической обработки данных, качественный химический анализ, определение простых и сложных химических веществ по их спектрам, сбор информации об истории спектроскопии.

Личностные: развитие активности и инициативности в условиях командной работы, выявление лидерских качеств, развитие аналитического мышления, творческого подхода и умения нестандартно мыслить, развитие навыков самоконтроля и взаимоконтроля, способствование самоопределению учащегося, сознательное и активное приобретения учащимся нового опыта, работа в команде.

Методика работы над проектом, деятельность учащихся и необходимое оборудование.

№ занятия

Тема занятия

Оборудование

Деятельность учащихся

1-2

Как появляется радуга. Состав белого света и способы разложить его в спектр.

Стеклянная призма, дифракционные решётки, фонарь, экран белый, экран со щелью. Бумага, краски, ножницы, булавки, вода.

Изучение истории открытия состава белого света с помощью простых опытов. Работа с текстом. Презентации: «Роджер Бэкон», «Декарт», «Ньютон и природа радуги».

3-4

Волны и их характеристики.

Лаборатория «Спектроскопия», ноутбук, газовые трубки, лампа дневного света, лампа накаливания, лазер. Волновая машина. Дифракционная решётка, набор для наблюдения интерференции света.

Доказательство волновой природы света путём экспериментального сравнения свойств световых и механических волн. Измерение длины волны излучения. Презентации: «Доказательства волновой природы света», «Волны и их характеристики», «Свойства волн».

5-6

Наблюдение спектров с помощью спектроскопа.

Лаборатория «Спектроскопия», ноутбук, газовые трубки, лампа дневного света, лампа накаливания, цветные карандаши.

Знакомство с устройством спектроскопа, наблюдение, зарисовка и сравнение спектров.

7-8

Виды спектров.

Лаборатория «Спектроскопия», ноутбук, газовые трубки, лампа дневного света, лампа накаливания.

Наблюдение сплошных и линейчатых спектров. Связь между видом спектра и агрегатным состоянием вещества.

9-10

Энергия излучения.

Датчик освещённости цифровой лаборатории, ноутбук, фотоэлемент, мультиметр, стеклянная призма, дифракционные решётки, фонарь, экран белый, экран с щелью, линейки.

Оценка энергии излучения по действию на фотоэлемент. Построение спектральной кривой.

11-12

Сравнение спектров различных источников света.

Лампа накаливания, лампа дневного света, светодиод, свеча, дифракционные решётки, фонарь, экран белый, экран со щелью, датчик освещённости Цифровой лаборатории, ноутбук.

Определение максимума энергии излучения в сплошном спектре. Сравнение спектров лампы накаливания, лампы дневного света, светодиода, свечи.

13-14

Возникновение излучения. Виды излучения.

Лампа накаливания, лампа дневного света, светодиод, свеча, таблица ЭМ излучений.

Определение причин отличия спектров излучения разных источников.

15-16

Основы спектрального анализа.

Таблица спектров элементов и индивидуальных соединений. Набор спектральных трубок. Лаборатория «Спектроскопия».

Знакомство с основными принципами спектрального анализа. Изучение истории использования спектрального анализа. Знакомство со спектральными таблицами и атласами. Изучение методов обработки данных. Презентации «История спектрального анализа», «Применение спектрального анализа».

17-18

Таблица химических элементов и излучение атомов.

Таблица спектров элементов и индивидуальных соединений. Набор спектральных трубок. Лаборатория «Спектроскопия».

Изучение таблицы характерных для каждого элемента излучаемых и поглощаемых длин волн. Создание атласа фотографий спектров простых веществ. Идентификация простых веществ по спектру их излучения.

19-20

Применение спектрального анализа для определения содержимого лампы дневного света.

Лаборатория «Спектроскопия», ноутбук, газовые трубки, лампа дневного света, лампа накаливания.

Определение состава вещества, содержащегося в лампах дневного света.

21-22

Поглощение излучения веществом. Спектр поглощения.

Лаборатория «Спектроскопия», ноутбук, газовые трубки, лампа дневного света, прозрачная кювета, вода, краска, марганцовка, пробирки с водородом, углекислым газом, парами иода.

Наблюдение спектра поглощения, сравнение спектров излучения и поглощения одного вещества.

23-24

Знакомство с работой спектрофотометра.

Спектрофотометр, образцы.

Определение концентрации сложного вещества в растворе.

25-26

Сбор биологических образцов для спектрального анализа.

Контейнеры для образцов.

Сбор образцов и социологический опрос для проверки гипотезы об изменении состава ногтей и волос у курильщиков.

27-28

Применение спектрального анализа для определения состава сложного вещества.

Спектрофотометр, образцы.

Исследование состава биологических образцов.

29-32

Оформление проекта.

Ноутбук.

Работа с презентациями, оформление результатов исследований, написание текста доклада, распределение ролей, репетиция доклада.

33-34

Защита проекта.

Проектор, экран, ноутбук.

Выступление и демонстрации фотографий и экспериментов перед учащимися 11 классов и учителями. Ответы на вопросы. Обсуждение результатов работы.

Результаты эксперимента

image003

image004

 

Произведена идентификация ошибочно маркированного вещества как Kr.

Создан самодельный спектрометр.

Фото с презентации проекта

Видеоролик по проекту