傳感器在固體熔化凝固實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用

于 斌,梁美彥

(1.北京市第十三中學(xué)分校,北京100009;2.小店區(qū)第一中學(xué),山西太原030032)

1 傳統(tǒng)熔化凝固實(shí)驗(yàn)的弊端

傳統(tǒng)的固體熔化和凝固實(shí)驗(yàn)都是使用普通實(shí)驗(yàn)室酒精溫度計(jì)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控的,從40℃左右開(kāi)始每隔1 min記錄1次溫度數(shù)據(jù),就探究熔化現(xiàn)象的規(guī)律來(lái)講存在如下問(wèn)題:

1)一次只能探究一種物質(zhì),且需時(shí)刻注意溫度計(jì)的示數(shù)和物質(zhì)的狀態(tài),實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng).

2)溫度計(jì)的精確度和讀數(shù)的誤差會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成很大影響.

3)只能記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有限的數(shù)據(jù),沒(méi)有取到的數(shù)據(jù)很有可能會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖的形狀,直接影響學(xué)生對(duì)固體熔化規(guī)律的認(rèn)識(shí),不易說(shuō)明問(wèn)題.

4)以往千篇一律的做法,沒(méi)有新意,很難培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.

針對(duì)以上弊端,對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了如下改進(jìn).

2 熔化凝固實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)所需材料:海波,石蠟,燒杯2個(gè),小試管2個(gè),鐵架臺(tái)2個(gè),酒精燈2個(gè),碎銅絲少許,溫度傳感器4個(gè),數(shù)據(jù)采集器1個(gè)(相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件),電腦.

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.

1)在石蠟晶體和海波晶體內(nèi)加入少許碎銅絲.因?yàn)槭灪秃２ǘ际菬岬牟涣紝?dǎo)體,加入碎銅絲后可以提高其導(dǎo)熱性,使溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性得到提高.

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

2)在裝有石蠟和海波的試管內(nèi)分別插入2支溫度傳感器,然后在其所處的水浴也分別插入2支溫度傳感器.

3)將2支攪拌器分別放入2個(gè)大燒杯內(nèi),在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中起攪拌作用,加快水的對(duì)流,使其受熱均勻.

2.3 實(shí)驗(yàn)操作

1)數(shù)據(jù)采集器設(shè)置.溫度采集的速率設(shè)置為每秒1個(gè)數(shù)據(jù),采集總數(shù)為2 000個(gè),顯示方式為圖像和數(shù)字同時(shí)顯示.

2)水浴溫度的設(shè)置.在2個(gè)燒杯中加入適量的熱水,將裝有石蠟和海波的小試管放入其中,待其達(dá)到熱平衡.

3)加熱熔化.點(diǎn)燃酒精燈,同時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集器對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控.不斷攪拌水浴,控制酒精燈的火力,使得試管內(nèi)物質(zhì)和水浴的溫差控制在4℃以內(nèi).

4)數(shù)據(jù)顯示.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,只需要攪拌水浴并且嚴(yán)格地監(jiān)控溫差,數(shù)據(jù)采集器會(huì)把采集到的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳給電腦軟件進(jìn)行處理和分析,并作出相應(yīng)的溫度-時(shí)間圖像.待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,停止數(shù)據(jù)采集.

5)凝固圖像研究.待熔化實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后,熄滅酒精燈,當(dāng)石蠟和海波溫度不再上升后重新啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集器,記錄石蠟和海波凝固時(shí)的溫度-時(shí)間的變化關(guān)系.

2.4 數(shù)據(jù)處理

待實(shí)驗(yàn)全部結(jié)束后,將數(shù)據(jù)以圖像的形式顯示出來(lái),如圖2～3所示,通過(guò)對(duì)比海波與石蠟熔化和凝固的溫度-時(shí)間圖像,得出晶體和非晶體的概念及熔化凝固特點(diǎn).

圖2 熔化圖像

圖3 凝固圖像

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn),使石蠟和海波的熔化實(shí)驗(yàn)可以同時(shí)進(jìn)行,而且通過(guò)數(shù)據(jù)采集器對(duì)實(shí)驗(yàn)全程的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,得到的溫度-時(shí)間圖像能反映出熔化的全過(guò)程,溫度變化清晰可見(jiàn),客觀性強(qiáng).熔化實(shí)驗(yàn)完成后可直接做凝固實(shí)驗(yàn),這樣不僅可以節(jié)省時(shí)間,而且結(jié)果形象直觀.

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