利用DISLab傳感器探究水的沸點(diǎn)與大氣壓強(qiáng)的關(guān)系

陳劍峰

(莆田第二中學(xué)，福建 莆田 351131)

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利用DISLab傳感器探究水的沸點(diǎn)與大氣壓強(qiáng)的關(guān)系

陳劍峰

(莆田第二中學(xué)，福建 莆田 351131)

摘要：針對(duì)“密閉氣體壓強(qiáng)與溫度間的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的不足，將DISLab應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)DISLab的壓強(qiáng)傳感器和溫度傳感器可以直接精確地讀出密閉氣體的壓強(qiáng)和溫度，直觀地顯示出“壓強(qiáng)減少、水的沸點(diǎn)降低”及“壓強(qiáng)升高、水的沸點(diǎn)升高”的規(guī)律.

關(guān)鍵詞：DISLab;沸點(diǎn);大氣壓強(qiáng)

1原實(shí)驗(yàn)方法的缺點(diǎn)

人教版初中物理教材中研究沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系一節(jié)中，教材采用用冷水澆開水的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明[1](如圖1所示). 雖然演示該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的效果較好，但對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，理解密閉氣體壓強(qiáng)與溫度之間的關(guān)系相對(duì)困難，影響教學(xué)效果. 若采用抽氣的方法可以讓學(xué)生知道氣壓的減小[2](如圖2所示)，理解起來(lái)相對(duì)容易，但因溫度值和氣壓值無(wú)法直接測(cè)量顯示，還是欠直觀.

圖1　澆冷水方法研究

圖2　抽氣方法

為解決以上問(wèn)題，筆者利用DISLab對(duì)“水的沸點(diǎn)與大氣壓強(qiáng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn).

2改進(jìn)方法

2.1實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)所需器材有：計(jì)算機(jī)、注射器自制氣筒(以下簡(jiǎn)稱氣筒)、DISLab采集器、壓強(qiáng)傳感器、溫度傳感器、三口燒瓶、鐵架臺(tái)及配件、石棉網(wǎng)、定滑輪、鉤碼、高壓鍋氣閥、氣球、橡膠管及瓶塞等.

2.2實(shí)驗(yàn)步驟

1)低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)沸點(diǎn)與大氣壓強(qiáng)的關(guān)系

a.連接好DISLab設(shè)備. 將壓強(qiáng)傳感器橡膠管套在三口燒瓶左側(cè)開口處的玻璃管上，再將溫度傳感器探頭從三口燒瓶右側(cè)開口伸入，探頭浸沒(méi)在水中，保持密封.

b.利用酒精燈加熱三口燒瓶里的水，直至沸騰，停止加熱.

c.冷卻一段時(shí)間后，將抽氣筒通過(guò)橡膠管連接到三口燒瓶的中間開口上的玻璃管，保持密封.

d.利用抽氣筒不斷向外抽氣，沸騰的瞬間利用DISLab采集沸騰時(shí)溫度及壓強(qiáng)數(shù)值.

e.待三口燒瓶中的水溫降低沸騰停止后，用抽氣筒再往外抽氣重復(fù)以上步驟，采集多組數(shù)據(jù).

2)高于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)沸點(diǎn)與大氣壓強(qiáng)的關(guān)系

a.連接好DISLab設(shè)備. 將壓強(qiáng)傳感器橡膠管套在三口燒瓶左側(cè)開口處的玻璃管上，再將溫度傳器探頭從三口燒瓶右側(cè)開口伸入，探頭浸沒(méi)在水中，保持密封.

b.固定好限壓閥，通過(guò)橡膠管連接到三口燒瓶的中間開口上的玻璃管，保持密封.

c.去掉限壓閥，利用酒精燈加熱三口燒瓶?jī)?nèi)的水至沸騰，點(diǎn)擊DISLab軟件采集沸騰時(shí)水的溫度及瓶?jī)?nèi)氣體的壓強(qiáng)值.

d.重新安裝限壓閥，其上端與鉤碼通過(guò)定滑輪連接(首次實(shí)驗(yàn)鉤碼質(zhì)量接近限壓閥的質(zhì)量)；繼續(xù)對(duì)三口燒瓶?jī)?nèi)的水加熱.

e.當(dāng)三口燒瓶?jī)?nèi)的水沸騰時(shí)，點(diǎn)擊DISLab軟件采集沸騰時(shí)的溫度及壓強(qiáng)值.

f.不斷減少鉤碼質(zhì)量(增加閥的壓力，增加燒瓶?jī)?nèi)的氣壓)，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，采集多組數(shù)據(jù).

2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，由表1中數(shù)據(jù)作沸點(diǎn)與壓強(qiáng)關(guān)系曲線如圖3所示. 由圖3可知，氣壓越大，水的沸點(diǎn)越高.

表1　沸點(diǎn)與大氣壓強(qiáng)的關(guān)系

圖3　水的沸點(diǎn)與表面氣壓關(guān)系圖像

3結(jié)束語(yǔ)

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)既能演示“壓強(qiáng)減少，水的沸點(diǎn)降低”，又能演示“壓強(qiáng)升高，水的沸點(diǎn)升高”. 利用DISLab中的壓強(qiáng)傳感器和溫度傳感器，能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地采集壓強(qiáng)及溫度值，并通過(guò)電腦顯示，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更直觀，更利于學(xué)生理解.

參考文獻(xiàn)：

[1]崔佃波,孫豐富. 沸點(diǎn)與氣壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J]. 物理教師,2014,35(7):42.

[2]吳龍忠. 改進(jìn)水的沸點(diǎn)變化與氣壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)[J]. 物理通報(bào),2004(3):34-35.

[3]鐘壽仙，楊自強(qiáng)，任團(tuán)結(jié)，等. 力平衡法測(cè)量大氣壓強(qiáng)[J]. 物理實(shí)驗(yàn),2014，34(1):30-32.

[責(zé)任編輯：尹冬梅]

收稿日期：2016-03-30

作者簡(jiǎn)介：陳劍峰(1983-)，男，福建莆田人，莆田第二中學(xué)二級(jí)教師，從事中學(xué)物理教育工作.

中圖分類號(hào)：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-4642(2016)07-0045-02

Exploring on the relation between boiling point of water and atmospheric pressure using DISLab

CHEN Jian-feng

(No.2 Middle School, Putian 351131, China)

Abstract:Aiming at the deficiency of the experiment of the relation between pressure and temperature of sealed gas, a method using DISLab was put forward. By using pressure sensor and temperature sensor, the pressure and temperature could be read directly. It was showed that the lower the pressure, the lower the boiling point of water and the higher the pressure, the higher the boiling point of water.

Key words:DISLab; boiling point; atmospheric pressure