传感器在固体熔化凝固实验中的运用

于 斌,梁美彦

(1.北京市第十三中学分校,北京100009;2.小店区第一中学,山西太原030032)

1 传统熔化凝固实验的弊端

传统的固体熔化和凝固实验都是使用普通实验室酒精温度计来对温度进行监控的,从40℃左右开始每隔1 min记录1次温度数据,就探究熔化现象的规律来讲存在如下问题:

1)一次只能探究一种物质,且需时刻注意温度计的示数和物质的状态,实验时间较长.

2)温度计的精确度和读数的误差会对实验结果造成很大影响.

3)只能记录实验过程中有限的数据,没有取到的数据很有可能会影响到实验数据图的形状,直接影响学生对固体熔化规律的认识,不易说明问题.

4)以往千篇一律的做法,没有新意,很难培养学生的学习兴趣与严谨的科学态度.

针对以上弊端,对本实验进行了如下改进.

2 熔化凝固实验的改进

2.1 实验器材

实验所需材料:海波,石蜡,烧杯2个,小试管2个,铁架台2个,酒精灯2个,碎铜丝少许,温度传感器4个,数据采集器1个(相应的数据处理软件),电脑.

2.2 实验装置

实验装置如图1所示.

1)在石蜡晶体和海波晶体内加入少许碎铜丝.因为石蜡和海波都是热的不良导体,加入碎铜丝后可以提高其导热性,使温度测量的准确性得到提高.

图1 实验装置图

2)在装有石蜡和海波的试管内分别插入2支温度传感器,然后在其所处的水浴也分别插入2支温度传感器.

3)将2支搅拌器分别放入2个大烧杯内,在实验过程中起搅拌作用,加快水的对流,使其受热均匀.

2.3 实验操作

1)数据采集器设置.温度采集的速率设置为每秒1个数据,采集总数为2 000个,显示方式为图像和数字同时显示.

2)水浴温度的设置.在2个烧杯中加入适量的热水,将装有石蜡和海波的小试管放入其中,待其达到热平衡.

3)加热熔化.点燃酒精灯,同时启动数据采集器对温度进行监控.不断搅拌水浴,控制酒精灯的火力,使得试管内物质和水浴的温差控制在4℃以内.

4)数据显示.在实验过程中,只需要搅拌水浴并且严格地监控温差,数据采集器会把采集到的数据自动传给电脑软件进行处理和分析,并作出相应的温度-时间图像.待实验结束后,停止数据采集.

5)凝固图像研究.待熔化实验结束以后,熄灭酒精灯,当石蜡和海波温度不再上升后重新启动数据采集器,记录石蜡和海波凝固时的温度-时间的变化关系.

2.4 数据处理

待实验全部结束后,将数据以图像的形式显示出来,如图2～3所示,通过对比海波与石蜡熔化和凝固的温度-时间图像,得出晶体和非晶体的概念及熔化凝固特点.

图2 熔化图像

图3 凝固图像

3 结束语

通过对实验的改进,使石蜡和海波的熔化实验可以同时进行,而且通过数据采集器对实验全程的数据进行采集,得到的温度-时间图像能反映出熔化的全过程,温度变化清晰可见,客观性强.熔化实验完成后可直接做凝固实验,这样不仅可以节省时间,而且结果形象直观.

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