《大学物理实验》课程教学资源（教案）旋光现象及应用

大学物理实验教案旋光现象及其应用实验题目实验性质2教师基本实验实验学时李小强1.观察了解线偏振光通过旋光物质的旋光现象。教学目的2.了解旋光仪的结构、工作原理及其使用方法。3.学会用旋光仪测糖溶液的旋光率和浓度重点半阴法的原理和零度视场的确定1.半阴法中4种类型视场的形成原理难点2.如何确定旋光物质的旋光率课前的准备：1.预习旋光的原理和仪器使用方法。时间的掌握：留由5分钟机动的时间。2.作出原始数据记录表格。课上教学的设计：一、课上的常规检查（预习报告、原始数据表格等）。(5分钟）二、讲解的设计(30分钟)1、引言在偏振光发现之后，人们很快认识到某些物质能使偏振光的偏振面发生偏转，产生旋光现象。1848年法国巴黎师范大学年轻的化学家教路易·巴斯德（LouisPasteur）通过细心研究发现了酒石酸钠铵的晶学过程体及水溶液的旋光现象，从而得出物质的旋光性与分子内部结构有关，提出了对映异构体的概念。人们在研究对应异构体时发现，在左旋和的右旋两种对应异构体的分子中，原子在空间的排列是不重合的实物和设镜像关系，这与左受和右手互为不能重合的实物和镜像关系类似，从计而引入了手性及手性分子的概念。旋光现象和分子手性广泛应用于医药、农药、新材料及精细化学品合成等领域。2、提出本实验的目的与任务，讲授为完成本实验设计思想和设计原则实验原理偏振光通过某些透明物质时，其振动面以光的传播方向为轴线而旋转一定角度的现象被称为旋光现象。凡能使线偏振光通过后将其振动面旋转一定角度的物质称作旋光性物质。实验证明，入射偏振光的振动面被旋转的角度与该光的波长及旋

大 学 物 理 实 验 教 案 实验题目 旋光现象及其应用 实验性质 基本实验 实验学时 2 教师 李小强 教学目的 1. 观察了解线偏振光通过旋光物质的旋光现象。 2. 了解旋光仪的结构、工作原理及其使用方法。 3. 学会用旋光仪测糖溶液的旋光率和浓度。 重 点 半阴法的原理和零度视场的确定 难 点 1. 半阴法中 4 种类型视场的形成原理 2. 如何确定旋光物质的旋光率 教 学 过 程 的 设 计 课前的准备： 1.预习旋光的原理和仪器使用方法。 2.作出原始数据记录表格。 课上教学的设计： 一、课上的常规检查 （预习报告、原始数据表格等）。 (5 分钟) 二、讲解的设计 (30 分钟) 1、引言 在偏振光发现之后，人们很快认识到某些物质能使偏振光的偏振 面发生偏转，产生旋光现象。1848 年法国巴黎师范大学年轻的化学家 路易·巴斯德（Louis Pasteur）通过细心研究发现了酒石酸钠铵的晶 体及水溶液的旋光现象，从而得出物质的旋光性与分子内部结构有关， 提出了对映异构体的概念。人们在研究对应异构体时发现，在左旋和 右旋两种对应异构体的分子中，原子在空间的排列是不重合的实物和 镜像关系，这与左受和右手互为不能重合的实物和镜像关系类似，从 而引入了手性及手性分子的概念。旋光现象和分子手性广泛应用于医 药、农药、新材料及精细化学品合成等领域。 2、提出本实验的目的与任务，讲授为完成本实验设计思想和设计 原则 实验原理 偏振光通过某些透明物质时，其振动面以光的传播方向为轴线而 旋转一定角度的现象被称为旋光现象。凡能使线偏振光通过后将其振 动面旋转一定角度的物质称作旋光性物质。 实验证明，入射偏振光的振动面被旋转的角度与该光的波长及旋 时间的掌握：留由 5 分 钟机动的时间

光物质的性质和厚度有关。所旋转的角度被称作旋光度，其大小可用下式表示：p=ad式中，d为物质的厚度；α称为旋光率，与物质的性质及入射光波长有关。对于旋光性溶液，如蔗糖、葡萄糖、松节油等有机化合物的溶液，旋光度（单位为度）可由下式表示=aCL式中，C—一溶液的浓度，单位为（克/厘米3)；L一一溶液的长度，单位为（分米）α—一该溶液的旋光率，单位为（度·克-1·厘米3·分米-1)。旋光率在数值上等于偏振光通过单位长度（1分米）单位浓度（1克/厘米3）的溶液后引起振动面旋转的角度。通过实验测得不同浓度糖溶液的旋光度，作出Φ-α的曲线图，计算糖溶液的旋光率，并通过曲线确定未知糖溶液的浓度。重点结合旋光仪详细讲解测量溶液旋光度的方法-半阴法：钠光灯发出的光经起偏片后成为平面偏振光，在半波片处产生三分视场。检偏片与刻度盘连在一起，转动度盘调节手轮即转动检偏片，可以看到三分视场各部分的亮度变化情况，如图1所示。其中（a）、（c）为大于或小于零度视场，（b）为零度视场，（d）为全亮视场。找到零度视场，从度盘游标处装有放大镜的视窗读数。a.>或零度视场d.全亮视场零度视场的分辨将装有一定浓度的某种溶液的试管放入旋光仪后，由于溶液具有旋光性，使平面偏振光旋转了一个角度，零度视场便发生了变化，转动度盘调节手轮，使再次出现亮度一致的零度视场，这时检偏片转过的角度就是溶液的旋光度，从视窗中的读数可求出其数值。3、实验的拓展：（由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学生利用现有的设备拓展出新的实验内容，培养学生的创新思维和创新

光物质的性质和厚度有关。所旋转的角度被称作旋光度，其大小可用 下式表示： φ=αd 式中，d 为物质的厚度；α 称为旋光率，与物质的性质及入射光波 长有关。 对于旋光性溶液，如蔗糖、葡萄糖、松节油等有机化合物的溶 液，旋光度 φ（单位为度）可由下式表示 φ=αCL 式中，C——溶液的浓度，单位为（克/厘米 3）； L——溶液的长度，单位为（分米）； α——该溶液的旋光率，单位为（度·克-1·厘米 3·分米-1）。 旋光率在数值上等于偏振光通过单位长度（1 分米）单位浓度（1 克/厘米 3）的溶液后引起振动面旋转的角度。 通过实验测得不同浓度糖溶液的旋光度，作出 φ-α 的曲线图，计 算糖溶液的旋光率，并通过曲线确定未知糖溶液的浓度。 重点结合旋光仪详细讲解测量溶液旋光度的方法—半阴法： 钠光灯发出的光经起偏片后成为平面偏振光，在半波片处产生三 分视场。检偏片与刻度盘连在一起，转动度盘调节手轮即转动检偏片， 可以看到三分视场各部分的亮度变化情况，如图 1 所示。其中（a）、 （c）为大于或小于零度视场，（b）为零度视场，（d）为全亮视场。找 到零度视场，从度盘游标处装有放大镜的视窗读数。 a．>或零度视场 d．全亮视场 零度视场的分辨 将装有一定浓度的某种溶液的试管放入旋光仪后，由于溶液具有 旋光性，使平面偏振光旋转了一个角度，零度视场便发生了变化，转 动度盘调节手轮，使再次出现亮度一致的零度视场，这时检偏片转过 的角度就是溶液的旋光度，从视窗中的读数可求出其数值。 3、实验的拓展：(由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学 生利用现有的设备拓展出新的实验内容,培养学生的创新思维和创新

能力。）1）、测定蔗糖水解反应的速率常数2）、小麦种子中蛋白质淀粉含量测定4.数据的测量与处理要求用做图法处理数据5.介绍主要仪器设备与使用6.强调实验中要注意的问题1）、溶液应装满试管，不能有气泡。如果试管中有气泡，应使气泡处于试管凸起处：2）、操作中注意将试管放妥，避免将其摔辞：3）、仪器电源不要反复连续地开关，若钠光灯熄灭，需停几分钟后再开。(50分钟）三、学生的实验开始四、指导实验实验过程中解决仪器出现的故障问题，关于实验原理和操作尽量让学生自己消化，适当做指导并提出一些问题启发学生解答。五、检查实验的结果，签字六、实验小结（实验结束前的5分钟）1、验中有哪些影响测量准确度的因素？2、遇到度盘游标显示为负数应该怎么读数？3、拓展题目完成的意义。课（1）置糖溶液试管前后，通过旋光仪目镜所观察到的视场为什么在清晰度上有差别？能否后调清晰？思考（2）绘图时所测量的数据点是否完全在一条直线上？请分析可能造成误差的主要原因。题参考《大学物理实验》，赵黎、王丰等编，复旦大学出版社，出版时间2013年8月文献

能力。) 1）、测定蔗糖水解反应的速率常数 2）、小麦种子中蛋白质淀粉含量测定 4.数据的测量与处理 要求用做图法处理数据. 5．介绍主要仪器设备与使用 6．强调实验中要注意的问题 1）、溶液应装满试管，不能有气泡。如果试管中有气泡，应使气泡 处于试管凸起处； 2）、操作中注意将试管放妥，避免将其摔踤； 3）、仪器电源不要反复连续地开关，若钠光灯熄灭，需停几分钟后 再开。 三、学生的实验开始 (50 分钟) 四、指导实验 实验过程中解决仪器出现的故障问题,关于实验原理和操作尽量 让学生自己消化，适当做指导并提出一些问题启发学生解答。 五、检查实验的结果,签字 六、实验小结 （实验结束前的 5 分钟） 1、验中有哪些影响测量准确度的因素？ 2、遇到度盘游标显示为负数应该怎么读数？ 3、拓展题目完成的意义。 课 后 思 考 题 （1）置糖溶液试管前后，通过旋光仪目镜所观察到的视场为什么在清晰度上有差别？能否 调清晰？ （2）绘图时所测量的数据点是否完全在一条直线上？请分析可能造成误差的主要原因。 参 考 文 献 《大学物理实验》， 赵黎、王丰等编， 复旦大学出版社，出版时间 2013 年 8 月

《物理实验》教案（旋光现象及其应用）李小强武汉理工大学一一物理实验中心

《物理实验》教案 （旋光现象及其应用） 李小强 武汉理工大学——物理实验中心