XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Это чудо - микроскоп!
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Побудь средь одноклеточных,
Простейших водяных.
Не спрашивай: «А мне-то что?»
Сам знаешь - всё от них.
Ну как тебе простейшие?
Имеют ли успех
Милейшие, светлейшие,
Глупейшие из всех?
Вот маленькая туфелька
Ресничками гребет.
Не знает, что за публика
Ей вслед кричит: «Вперед!»
В ней колбочек скопление,
Ядро и вакуоль,
И первое томление,
И, уж конечно,- боль.
Мы как на детском празднике
И щурим левый глаз.
Мы, как десятиклассники,
Глядим на первый класс.
Александр Кушнер
Современный мир невозможно представить без использования микроскопа. Каким образом бы развивались без него такие области человеческой деятельности, как иммунология и генетика, металлургия и геология, биология и медицина, а также огромное число других? Применение современных микроскопов в отраслях науки и экономики позволяет делать и осуществлять разработки и достижения, невозможные без него, а именно: разрабатывать безопасные и эффективные медицинские препараты, ставить верный диагноз, помогающий излечить различные заболевания, создавать новые виды синтетических материалов, налаживать производство электронной техники и высокоточных приборов. Во всех школах, университетах, академиях имеются лаборатории, оборудованные микроскопами. Микроскопы делают очень простым приобщение к исследованиям, целью которых является активное познание окружающего нас материального мира [1].
Актуальность работы: смотреть на привычные вещи, увеличенные в сотни раз, безумно интересно. Микроскоп - это отличный способ пробудить интерес ребёнка к науке. Работа с ним расширяет кругозор, развивает наблюдательность, умственные способности, превращает досуг в познавательное и интересное занятие. Трудно даже представить, насколько захватывающие картинки можно увидеть в окуляре микроскопа, и какие удивительные открытия можно сделать. Проект призван на примере микроскопа показать детям возможности использования приборов для изучения объектов и явлений окружающего мира, расширять кругозор, вовлекать их в экспериментальную и проектную деятельность с использованием микроскопа.
Цель: провести исследования различных объектов при помощи школьного микроскопа и микроскопа, сделанного в домашних условиях.
Задачи проекта:
-
Изучить историю создания микроскопа.
-
Узнать, как устроен микроскоп, и как работать с ним правильно.
-
Рассмотреть готовые микропрепараты с помощью микроскопа.
-
Изготовить микропрепараты самостоятельно.
-
Сделать микроскоп своими руками.
-
В результате проведённых исследований сделать выводы.
Объект исследования: микроскоп.
Гипотеза: в домашних условиях можно сделать микроскоп.
При проведении исследования были использованы методы: анализ информационных ресурсов, сравнение, наблюдение, анкетирование, опыты и эксперименты, обобщение.
Практическая значимость исследования состоит в том, что наш проект можно будет использовать в качестве практического материала для уроков окружающего мира или в качестве дополнительного материала на классный час.
Основная часть.
Глава 1. История создания микроскопа
Увлекательное это занятие — рассматривать что-либо в микроскоп. Не хуже компьютерных игр, а может быть, даже и лучше. Но кто же придумал это чудо — микроскоп?
Когда появился первый микроскоп, точно неизвестно. Простейшие увеличительные приборы - двояковыпуклые оптические линзы, находили ещё при раскопках на территории Древнего Вавилона.
Считается, что первый микроскоп создали в 1590 г. голландский оптик Ганс Янсен и его сын Захарий Янсен. Так как линзы в те времена шлифовали вручную, то они имели различные дефекты: царапины, неровности. Дефекты на линзах искали с помощью другой линзы - лупы. Оказалось, что если рассматривать предмет с помощью двух линз, то происходит его многократное увеличение. Смонтировав 2 выпуклые линзы внутри одной трубки, Захарий Янсен получил прибор, который напоминал подзорную трубу. В одном конце этой трубки находилась линза, выполняющая функцию объектива, а в другом - линза-окуляр. Но в отличие от подзорной трубы прибор Янсена не приближал предметы, а увеличивал их. В 1609 г. итальянский учёный Галилео Галилей разработал составной микроскоп с выпуклой и вогнутой линзами. Он называл его «оккиолино» - маленький глаз. 10 лет спустя, в 1619 г. нидерландский изобретатель Корнелиус Якобсон Дреббель сконструировал составной микроскоп с двумя выпуклыми линзами. Мало кто знает, что своё название микроскоп получил только в 1625 г. Термин «микроскоп» предложил друг Галилео Галилея немецкий доктор и ботаник Джованни Фабер. Все созданные в то время микроскопы были довольны примитивными. Так, микроскоп Галилея мог увеличивать всего в 9 раз. Усовершенствовав оптическую систему Галилея, английский учёный Роберт Гук в 1665 г. создал свой микроскоп, который обладал уже 30-кратным увеличением. В 1674 г. нидерландский натуралист Антони ван Левенгук создал простейший микроскоп, в котором использовалась всего одна линза. Нужно сказать, что создание линз было одним из увлечений учёного. И благодаря его высокому мастерству в шлифовании, все сделанные им линзы получались очень высокого качества. Левенгук называл их «микроскопиями». Они были маленькие, размером с ноготь, но могли увеличивать в 100 или даже в 300 раз. Микроскоп Левенгука представлял собой металлическую пластину, в центре которой находилась линза. Наблюдатель смотрел через неё на образец, закреплённый с другой стороны. И хотя работать с таким микроскопом было не совсем удобно, Левенгук смог сделать с помощью своих микроскопов важные открытия. В те времена было малоизвестно о строении органов человека. С помощью своих линз Левенгук обнаружил, что кровь состоит из множества крошечных частиц - эритроцитов, а мышечная ткань - из тончайших волокон. В растворах он увидел мельчайшие существа разной формы, которые двигались, сталкивались и разбегались. Теперь мы знаем, что это бактерии: кокки, бациллы и др. Но до Левенгука об этом не было известно. Всего учёным было изготовлено более 25 микроскопов. 9 из них сохранились до наших дней. Они способны увеличивать изображение в 275 раз.
Микроскоп Левенгука был первым микроскопом, который завезли в Россию по указанию Петра I.
Постепенно микроскоп совершенствовался и приобретал форму, близкую к современной. Учёные России также внесли огромный вклад в этот процесс. В начале XVIII века в Петербурге в мастерской Академии наук создавались усовершенствованные конструкции микроскопов. Русский изобретатель И.П. Кулибин построил свой первый микроскоп, не имея никаких знаний о том, как это делали за границей. Он создал производство стекла для линз, придумал приспособления для их шлифовки.
Великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов первым из русских учёных стал использовать микроскоп в своих научных исследованиях.
Однозначного ответа на вопрос «Кто же всё-таки изобрел микроскоп?», пожалуй, не существует. В развитие микроскопного дела внесли вклад лучшие ученые и изобретатели разных эпох. [2]
Глава2. Устройство микроскопа и принцип его работы
На рынке представлено много моделей разных микроскопов: от простейших школьных до сложных лабораторных инструментов с тонкими настройками, предназначенными для профессионалов. Перед покупкой микроскопа важно определиться с тем, какие наблюдения вы будете на нём проводить. В зависимости от поставленной задачи (любительской или научной) вы можете приобрести ту модель, которая устроит вас и по качеству, и по цене.
Составляющие части микроскопа:
-
Окуляр
-
Тубус
-
Револьверная головка
-
Объективы
-
Предметный столик
-
Осветительное устройство
-
Ручка регулировки подсветки
-
Ручка фокусировки
-
Штатив
-
Держатель
-
Основание
Объектив - одна из важнейших частей микроскопа, поскольку он определяет полезное увеличение объекта. Объектив состоит из металлического цилиндра с вмонтированными в него линзами, число которых может быть различным. Увеличение объектива обозначено на нем цифрами. В учебных целях используют обычно объективы х8 и х40. Качество объектива определяетего разрешающая способность.
Окуляр устроен намного проще объектива. Он состоит из 2-3 линз, вмонтированных в металлический цилиндр. Между линзами расположена постоянная диафрагма, определяющая границы поля зрения. Нижняя линза фокусирует изображение объекта, построенное объективом в полости диафрагмы, а верхняя служит непосредственно для наблюдения. Окуляр подобно лупе, даёт прямое, мнимое увеличенное изображение наблюдаемого объекта, построенное объективом.
Тубус или трубка – цилиндр, в который сверху вставляют окуляры. Тубус подвижно соединён с головкой тубусодержателя, его фиксируют стопорным винтом в определённом положении. Тубус можно снять, ослабив стопорный винт.
Револьверная головка предназначена для быстрой смены объективов, которые ввинчиваются в его гнёзда.
Ручку фокусировки используют для значительного перемещения тубусодержателя и объектива с целью фокусировки объекта при малом увеличении.
Осветительное устройство – состоит из зеркала или электроосветителя, конденсора и с ирисовой диафрагмой и светофильтром, расположенных под предметным столиком. Они предназначены для освещения объекта пучком света.
Предметный столик предназначен для расположения на нём препарата. В середине столика имеется отверстие, в которое входит фронтальная линза. На столике имеются две пружинные клеммы – зажимы, закрепляющие препарат.
Штатив – это часть механической системы микроскопа. Он нужен для соединения и правильного расположения других элементов прибора: оптики, системы освещения, предметного столика и других.
Основание – это то, на чём стоит микроскоп. [3]
Глава 3. Профессии, в которых используется микроскоп
Химики используют микроскоп для изучения молекул. Видя то, что не видно вооруженным взглядом, они могут смешивать молекулы и создавать новые материалы, называемые пластмассами.
Врачи и биологи используют микроскоп, чтобы понять функционирование живых организмов. При помощи микроскопа, врачи изучают различные заболевания и создают лекарства, а также проводят хирургические операции, которые требуют особой точности.
Инженер-агроном изучает молекулы пищи. Это помогает создавать новые продукты из уже существующих видов пищи. Микроскоп используется и для контроля качества пищи, что может предотвратить множество болезней.
Криминалисты — для изучения улик, оставленных на месте преступлений, изучают отпечатки пальцев и многое другое.
Ювелиры разных типов используют специальный микроскоп, называемый геммологическим микроскопом, чтобы увидеть детали изделий, с которыми они работают. Геммологи и оценщики ювелирных изделий используют микроскопы, чтобы помочь им описать и оценить ювелирные изделия, а также определить, настоящие они или поддельные. Ювелиры могут использовать микроскопы, чтобы обеспечить надлежащую очистку изделий.
Некоторые ученые-экологи используют микроскопы в своей повседневной работе. Например, геологи, геохимики и геофизики используют микроскопы, чтобы проверить, из чего состоят различные породы. Океанографы, гидрологи и специалисты по экологическим наукам используют микроскопы для проверки образцов воды и почвы на наличие загрязняющих веществ. [5]
Глава 4. Правила работы с микроскопом
При работе с микроскопом необходимо соблюдать операции в следующем порядке:
1. Работать с микроскопом следует сидя.
2. Микроскоп осмотреть, вытереть от пыли мягкой салфеткой объективы, окуляр, зеркало или электроосветитель.
3. Микроскоп установить перед собой, немного слева на 2-3 см от края стола. Во время работы его не сдвигать.
4. Открыть полностью диафрагму, поднять конденсор в крайнее верхнее положение.
5. Опустить объектив в рабочее положение, то есть на расстояние 1 см от предметного стекла.
6. Установить освещение в поле зрения микроскопа, используя электроосветитель или зеркало. Глядя одним глазом в окуляр и пользуясь зеркалом с вогнутой стороной, направить свет от окна в объектив, а затем максимально и равномерно осветить поле зрения. Если микроскоп снабжен осветителем, то подсоединить микроскоп к источнику питания, включить лампу и установить необходимую яркость горения.
7. Положить микропрепарат на предметный столик так, чтобы изучаемый объект находился под объективом. Глядя сбоку, опускать объектив при помощи макровинта до тех пор, пока расстояние между нижней линзой объектива и микропрепаратом не станет 4-5 мм.
8. Смотреть одним глазом в окуляр и вращать винт грубой наводки на себя, плавно поднимая объектив до положения, при котором хорошо будет видно изображение объекта. Нельзя смотреть в окуляр и опускатьобъектив. Фронтальная линза может раздавить покровное стекло, и на ней появятся царапины.
9. Передвигая препарат рукой, найти нужное место, расположить его в центре поля зрения микроскопа.
10. Если изображение не появилось, то надо повторить все операции пунктов 6, 7, 8, 9.
11. По окончании работы с большим увеличением, установить малое увеличение, поднять объектив, снять с рабочего столика препарат, протереть чистой салфеткой все части микроскопа, накрыть его полиэтиленовым пакетом и поставить в шкаф. [4]
Советы:
-
используйте водные и солевые растворы, если вы изучаете вещества, хорошо растворимые в воде;
-
протирать стекла после использования лучше безворсовым материалом;
-
чтобы получить тонкий срез изучаемого образца, воспользуйтесь специальным инструментом - микротомом. Микротом позволяет получить очень тонкий прозрачный срез, который максимально отображает строение изучаемого образца.
Глава 5. Практическая часть
5.1. Опыты с готовыми микропрепаратами
Для начинающего исследователя предпочтительней приобретать более простые оптические микроскопы. Их называют «световые». Эти микроскопы позволяют решать основные задачи исследования практически любого объекта. Я провёл опыты с помощью школьного микроскопа.
Готовые микропрепараты пригодятся всем, кто изучает микромир - и начинающим исследователям, и тем, кто уже хорошо знаком с микроскопом. Это отличный способ приступить к исследованиям немедленно, ведь все образцы подготовлены специальным образом и подкрашены для повышения контрастности, поэтому наблюдаемая картинка будет красивой и реалистичной.
Я исследовал 12 предметов из готового набора. Набор состоит из четырёх групп – животные, насекомые, цветы и овощи. Для начала я подготовил оптический прибор, настроил свет. Чистой салфеткой протёр оба стекла микроскопа. Микроскоп поставил штативом к себе на расстоянии 5-10 см от края стола, наклонил верхнюю часть штатива на 45 градусов.
Затем взял первый образец из группы «Животные» - куриная кровь, поместил на предметный столик. Плавно опустил тубус, так чтобы нижний край объектива оказался на расстоянии 1-2 мм от препарата. Глядя в окуляр, при помощи винтов медленно поднял тубус, пока не появилось чёткое изображение объекта исследования. Таким же образом я исследовал все микропрепараты. Исследования сделаны световым микроскопом, дающим изображение в 100, 400, 1200 раз. (Приложение 1)
Вывод. В результате выполненного опыта я научился пользоваться готовыми микропрепаратами, увидел, как они выглядят под микроскопом. Понял, что с помощью микроскопа можно увидеть много нового и интересного невидимого глазу человека.
5.2. Опыты с микропрепаратами, изготовленными самостоятельно
Работая с микроскопом, необходимо обязательно иметь навык приготовления микропрепарата своими руками. Существует много способов, чтобы сделать микропрепараты. (Приложение 2)
Опыт №1 – алоэ.
Для эксперимента я взял тончайший срез листа алоэ и капнул немного йода. Аккуратно положил его на стекло. Препарат изучил при увеличении в 1200 раз. При рассмотрении видна прозрачная пористая оболочка. В полости клетки присутствует вязкая субстанция, не имеющая цвета — цитоплазма. Окрасив ее йодом, я увидел ядро, а в нем ядрышко. В большинстве клеток наблюдаются полости, которые в биологии носят название «вакуоли».
Опыт №2 – мёд
Я взял немного мёда, растворил его в воде и дал пару дней отстояться. После отстаивания я собрал пипеткой со дна банки осадок и перенёс его на предметное стекло. Наблюдая за осадком под микроскопом, в натуральном мёде я заметил пыльцу. По виду пыльцы можно определить, с каких растений пчёлами собирался мёд.
Смотря на мёд в окуляр микроскопа, можно увидеть кристаллы глюкозы, которые похожи на звёздочки и иголочки. Если же вместо этого видны кристаллы сахара в виде крупных частиц, то можно сделать вывод о том, что мёд не натуральный. Я сделал вывод, что у меня мёд натуральный.
Опыт №3 – дрожжи
Я изучил сухие хлебопекарные дрожжи. Под микроскопом они выглядят, как маленькие частички овальной формы коричневого цвета. Потом я решил оживить дрожжи. В первый стакан с холодной водой я положил чайную ложку дрожжей, перемешал, немного подождал, заметил, что в стакане реакции нет. В холодной воде дрожжи не активны.
Существует интересный факт, дрожжи питаются сладкими соединениями, такими как сахар и при достаточно комфортных условиях начинают размножаться. Чтобы в этом убедиться, я смешал во втором стакане щепотку дрожжей с небольшим количеством воды и сахара, через несколько минут смесь наполнилась пузырьками – результат переработки сахара. Пипеткой капнул на предметное стекло немного дрожжевого раствора, прижал покровным стеклом и перенес на предметный столик микроскопа. Я заметил, как клетки постепенно увеличиваются и некоторые из них разделяются на части, либо остаются, образуя маленькие цепочки.
В результате я узнал, что дрожжи — это маленькие одноклеточные организмы, которые живут в питательной жидкости, богатой сахаром. В тепле дрожжи оживают.
5.3. Эксперимент по изготовлению микроскопа в домашних условиях
Когда я искал сведения об истории микроскопа, то наткнулся на интересную заметку, как сделать из смартфона микроскоп. Линзы практически любой лазерной указки выступают в качестве макро объектива, именно она и понадобится мне в этом проекте.
Я взял лазерную указку, открутил переднюю и заднюю часть, извлёк батарейки и все внутренности, для этого потребовались плоскогубцы и ножницы. Достал линзу, она небольшая по размерам, идеально подходящая для камеры на телефон.
Теперь осталось закрепить её на смартфоне. Я воспользовался обычной скрепкой, её легко согнуть до нужной формы и установить. Микроскоп готов. Сначала ничего не видно, но стоит приблизить предмет к линзе, всё станет видно.
Я попробовал свой микроскоп в действии. Рассмотрел соль, сахар, кофе, несколько предметов из набора готовых микропрепаратов, подушечку пальца, денежные символы и волос на руке.
Пожалуй, это один из самых интересных экспериментов, который практически не требует затрат. Вот так я изготовил собственный микроскоп.
Конечно, мельчайшие частички я не смог рассмотреть, ведь для этого необходимо большое увеличение, но, тем не менее, моя гипотеза подтвердилась – микроскоп можно сделать самостоятельно.
Выводы
В результате проведённой работы я сделал вывод, что с помощью школьного микроскопа можно исследовать простые предметы окружающего мира, разглядеть отдельные клетки, ядра клеток представленных образцов. Теперь я понимаю, из чего состоят тела. А с помощью микроскопа, изготовленного мною самостоятельно, я увидел лишь общую форму и строение организмов и минералов. Конечно, для рассмотрения мельчайших частичек необходимо большое увеличение, но, тем не менее, моя гипотеза подтвердилась – микроскоп можно сделать самостоятельно.
Заключение
Исследуя разные объекты под микроскопом, человек познаёт природу самой жизни. Я узнал историю создания микроскопа. Научился им пользоваться. Провёл несколько интересных опытов. Увидел, что всё состоит из клеток, они разнообразной формы и разного цвета. Подтвердилась моя гипотеза. Микроскоп можно сделать дома, своими руками!
Изобретение микроскопа подарило человечеству уникальную возможность заглянуть в микромир, увидеть своими глазами самых опасных врагов человечества — бактерий и вирусов, находить методы борьбы с ними, ставить правильные диагнозы при лечении сложных заболеваний. Без наличия микроскопа научные исследования в любой отрасли науки невозможны. Микроскоп – это важнейшее открытие человечества.
Моя работа может быть использована при проведении уроков окружающего мира, классных часов, а также послужит стимулом для моих одноклассников к изучению чего-то нового и неизведанного. Я создал презентацию по данной теме, следовательно, работа имеет практическую значимость.
Список используемых источников
1. Мазур О.Ч. Удивительный микроскоп. Иллюстрированный путеводитель/ О.Ч. Мазур - «Эксмо», Новая занимательная энциклопедия, 2018. - 96 с.
2. Какое значение имело изобретения микроскопа. [Электронный ресурс] URL: http://fb.ru/article/191110/kakoe-znachenie-imelo-izobretenie-mikroskopa (дата обращения 25.12.2023г.)
3. Краткая история микроскопа. [Электронный ресурс] URL:
https://4glaza-irkutsk.ru › kratkaya-istoriya-mikroskopa (дата обращения 15.11.2023г.)
4.Устройство микроскопа. [Электронный ресурс] URL: https://e-lib.gasu.ru/eposobia/papina/bolprak (дата обращения 20.11.2023г.)
5. Правила работы с микроскопом. [Электронный ресурс] URL:
https://studfile.net/preview/4085372/page:2 (дата обращения 18.12.2023г.)
6. Профессии, связанные с микроскопами. [Электронный ресурс] URL: https://alex-news.ru/professii-svyazannye-s-mikroskopami/ (дата обращения 10.12.2023г.)
Приложение 1
Опыты с готовыми микропрепаратами
Группа «Животные»
Куриная кровь
Шерсть овцы
Розовая чешуя рыбы
Группа «Насекомые»
Крыло стрекозы
Шелкопряд
Ножка бабочки
Группа «Цветы»
Лист гвоздики
Цветок граната
Шип розы
Группа «Овощи»
Баклажан
Огурец
Сельдерей
Приложение 2
Опыты с микропрепаратами, изготовленными самостоятельно
Опыт №1 – алоэ.
Опыт №2 – мёд
Опыт №3 – дрожжи
Дрожжи в холодной воде
Дрожжи в тёплой воде
Сухие дрожжи
Дрожжи в теплой воде
Приложение 3
Эксперимент по изготовлению микроскопа в домашних условиях
Достал линзу, она небольшая по размерам, идеально подходящая для камеры на телефон.
Теперь осталось закрепить её на смартфоне. Я воспользовался обычной скрепкой, её легко согнуть до нужной формы и установить. Микроскоп готов. Сначала ничего не видно, но стоит приблизить предмет к линзе, всё станет видно.
Я попробовал свой микроскоп в действии. Рассмотрел соль, сахар, кофе, несколько предметов из набора готовых микропрепаратов, подушечку пальца, денежные символы и волос на руке.
Соль
Сахар
Кофе
Подушечка пальца
Волос на руке
Денежный символ на 1000 купюре
Денежный символ на 1000 купюре
Ножка бабочки
Лист гвоздики
Шелкопряд