利用智能手機外接溫度傳感器測定溫度

何其榮+趙興華

摘 要：利用智能手機安裝的溫濕度檢測APP和外接溫度傳感器，可以完成多種初中物理實驗教學中的溫度測定，并能夠自動畫出溫度變化圖像.結合無線同屏技術，將測量出的結果投影出來，方便教師開展多個與溫度測量有關的實驗教學.

關鍵詞：溫度的測量；智能手機；APP；溫度傳感器 熱學實驗

在初中物理的實驗教學中，探究晶體和非晶體的熔化與凝固規律、探究液體的沸騰特點、比較物質的比熱容實驗等，都需要利用溫度計來測定研究對象的溫度，通常還要通過測量的溫度值畫出研究對象的溫度隨時間的變化圖像.在實際的教學過程中，往往由于傳統溫度計示數變化滯后、讀數不方便等原因，導致實驗比較麻煩，甚至會難以達成預想的實驗效果.

利用智能手機安裝溫濕度檢測APP結合外接的溫度傳感器，可以定量測定溫度，并自動繪制溫度隨時間的變化圖像，方便完成中學物理教學中的很多熱學探究實驗.

1 智能手機溫濕度檢測APP的安裝與溫度傳感器的連接

在智能手機里下載溫濕度檢測程序（下載地址：http：//pan.baidu.com/s/1kVyNyGf）并安裝該程序.安裝成功后，在手機桌面上出現如圖1所示溫濕度檢測APP.將溫度傳感器通過大小頭轉接線接入手機的USB接口，運行溫濕度檢測APP，即可在運行界面上顯示溫度（如圖2）

該溫度傳感器探頭采用DS18B20溫度傳感芯片，測量溫度范圍為-55 ℃至+125℃，范圍內精度為±0.5℃.結合配套軟件能夠實現：實時顯示當前溫度值，實時顯示溫度變化曲線；支持左右拖動查看之前溫度曲線，支持配置顯示溫度上下范圍，溫度列表顯示.

2 利用無線同屏技術將手機顯示內容投影出來

為了方便學生觀察手機屏幕顯示出來的內容，可以利用無線同屏技術將手機屏幕畫面同步顯示在電腦屏幕或投影屏幕上，具體操作方法：

2.1 手機與電腦屏幕同屏的操作

首先，在MirrorOp官網上下載Windows版本的Receiver和安卓版本的Sender，并分別安裝在電腦和手機上；然后使手機和電腦處于同一局域網之內；最后同時在電腦和手機啟動MirrorOp軟件，即能實現同屏.

2.2 手機與投影屏幕同屏的操作

要實現手機直接與投影儀同屏，首先要安裝無線同屏器.筆者使用的是從某電商平臺以138元購得的“海備思”同屏器.使用時，只需要連接電源并將同屏器插入投影儀或顯示器的HDMI高清接口（如圖3）.同屏器自帶無線網卡，能夠發射出WiFi信號，當安卓手機利用Miracast技術實現屏幕鏡像時，需要注意，由于行業內還沒實現統一，不同手機品牌中，Miracast的名稱有所不同，請查找手機設置中是否有Miracast、Allshare cast、ScreenMirroring、無線顯示、屏幕共享、投射屏幕、多屏互動等設置項目.當開啟無線顯示功能，此時會出現手機附近能夠接收手機屏幕的設備，選擇需要推送的設備，即能實現安卓手機與選定的推送設備同屏.

3 利用溫濕度檢測APP完成的熱學探究實驗

3.1 演示水的沸騰實驗

器材：電水壺、220V電源、智能手機、溫度傳感器.

操作：在電水壺里裝適量的水，將溫度傳感器感溫探頭浸沒在水中，打開電源開關，蓋上蓋子，開始加熱；打開手機中的溫濕度檢測APP，即可觀察到當前溫度值，并自動繪制溫度隨時間的變化圖像；當水沸騰時，雖然在持續加熱，溫度卻保持不變；揭開蓋子后，可以看到溫度略有下降這說明了水表面氣壓降低，液體沸點也降低（如圖4）.

3.2 探究晶體和非晶體的熔化與凝固規律實驗

器材：電水壺、220V電源、大試管、鐵架臺、鐵夾、智能手機、溫度傳感器、海波、石蠟、水.

操作：在大試管里裝入適量的海波，并將感溫探頭埋人海波中，利用電水壺對試管里的海波進行水浴法加熱；打開手機中的溫濕度檢測APP，即可觀察到當前海波的溫度值和海波熔化過程溫度隨時間的變化圖像（如圖5），說明晶體在熔化過程中吸熱，溫度保持不變；將試管里的海波替換為石蠟，重復以上實驗，可以得到石蠟熔化時的溫度變化圖像.

3.3 做功改變氣體內能的實驗

器材：自制帶排氣閥的PVC儲氣罐[1]、打氣筒、智能手機、溫度傳感器.

操作：在PVC儲氣罐上鉆直徑為0.5cm的孔，將溫度傳感器感溫探頭從小孔插入PVC儲氣罐中，將孔隙用AB膠密封，靜置3-5小時；打開手機中的溫濕度檢測APP，用打氣筒通過充氣閥向儲氣罐中打氣，即可看到溫度逐漸升高，說明壓縮氣體做功，內能增大；停止打氣，溫度保持不變；打開排氣閥，放出儲氣罐里的空氣，可以看到溫度逐漸下降，說明氣體膨脹做功，內能減小.（如圖6）

3.4 比較物質的比熱容實驗

器材：兩個功率相同的電水壺、220V電源、智能手機、雙通道溫度傳感器、食用油、水.

操作：分別在兩個電水壺里裝入質量相等的水和食用油；將雙通道溫度傳感器的兩個感溫探頭分別浸沒在水和食用油里，開始加熱；打開手機中的溫濕度檢測APP，即可看到水和食用油的溫度隨加熱時間的變化圖像（如圖7）.由圖像可知，吸收相同的熱量，質量相同的水和食用油相比，溫度升高的慢.

結束語

利用智能手機外接溫度傳感器能夠十分方便地測量溫度，提高了實驗測量精確程度，并自動畫出溫度變化圖像，為總結實驗結論帶來了便利；利用無線同屏技術，將手機上的讀數同步顯示到大屏幕上，讓學生更直觀地觀察實驗現象.（附：筆者制作了該創新實驗詳細操作的微課，微課的下載地址：http：//pan.baidu.com/s/1kV0Pj0N）

參考文獻：

[1] 趙興華.做功改變氣體內能實驗的創新設計[J]實驗教學與儀器.2014（7/8）：65.