利用DISLab傳感器探究水的沸點與大氣壓強的關系

陳劍峰

(莆田第二中學，福建 莆田 351131)

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利用DISLab傳感器探究水的沸點與大氣壓強的關系

陳劍峰

(莆田第二中學，福建 莆田 351131)

摘要：針對“密閉氣體壓強與溫度間的關系”實驗的不足，將DISLab應用到實驗中，通過DISLab的壓強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和溫度，直觀地顯示出“壓強減少、水的沸點降低”及“壓強升高、水的沸點升高”的規律.

關鍵詞：DISLab;沸點;大氣壓強

1原實驗方法的缺點

人教版初中物理教材中研究沸點與氣壓的關系一節中，教材采用用冷水澆開水的實驗來說明[1](如圖1所示). 雖然演示該實驗現象的效果較好，但對學生來說，理解密閉氣體壓強與溫度之間的關系相對困難，影響教學效果. 若采用抽氣的方法可以讓學生知道氣壓的減小[2](如圖2所示)，理解起來相對容易，但因溫度值和氣壓值無法直接測量顯示，還是欠直觀.

圖1　澆冷水方法研究

圖2　抽氣方法

為解決以上問題，筆者利用DISLab對“水的沸點與大氣壓強的關系”實驗進行了改進.

2改進方法

2.1實驗器材

實驗所需器材有：計算機、注射器自制氣筒(以下簡稱氣筒)、DISLab采集器、壓強傳感器、溫度傳感器、三口燒瓶、鐵架臺及配件、石棉網、定滑輪、鉤碼、高壓鍋氣閥、氣球、橡膠管及瓶塞等.

2.2實驗步驟

1)低于標準大氣壓時沸點與大氣壓強的關系

a.連接好DISLab設備. 將壓強傳感器橡膠管套在三口燒瓶左側開口處的玻璃管上，再將溫度傳感器探頭從三口燒瓶右側開口伸入，探頭浸沒在水中，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.冷卻一段時間后，將抽氣筒通過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采集沸騰時溫度及壓強數值.

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以上步驟，采集多組數據.

2)高于標準大氣壓時沸點與大氣壓強的關系

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

b.固定好限壓閥，通過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內的水至沸騰，點擊DISLab軟件采集沸騰時水的溫度及瓶內氣體的壓強值.

d.重新安裝限壓閥，其上端與鉤碼通過定滑輪連接(首次實驗鉤碼質量接近限壓閥的質量)；繼續對三口燒瓶內的水加熱.

e.當三口燒瓶內的水沸騰時，點擊DISLab軟件采集沸騰時的溫度及壓強值.

f.不斷減少鉤碼質量(增加閥的壓力，增加燒瓶內的氣壓)，重復以上實驗步驟，采集多組數據.

2.3實驗數據及結論

實驗數據見表1，由表1中數據作沸點與壓強關系曲線如圖3所示. 由圖3可知，氣壓越大，水的沸點越高.

表1　沸點與大氣壓強的關系

圖3　水的沸點與表面氣壓關系圖像

3結束語

改進后的實驗既能演示“壓強減少，水的沸點降低”，又能演示“壓強升高，水的沸點升高”. 利用DISLab中的壓強傳感器和溫度傳感器，能實時動態地采集壓強及溫度值，并通過電腦顯示，使實驗現象更直觀，更利于學生理解.

參考文獻：

[1]崔佃波,孫豐富. 沸點與氣壓關系實驗的改進[J]. 物理教師,2014,35(7):42.

[2]吳龍忠. 改進水的沸點變化與氣壓關系實驗[J]. 物理通報,2004(3):34-35.

[3]鐘壽仙，楊自強，任團結，等. 力平衡法測量大氣壓強[J]. 物理實驗,2014，34(1):30-32.

[責任編輯：尹冬梅]

收稿日期：2016-03-30

作者簡介：陳劍峰(1983-)，男，福建莆田人，莆田第二中學二級教師，從事中學物理教育工作.

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：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