原创《基于传感器液体沸点和气压关系》：这篇沸点论文范文为免费优秀学术论文范文,可用于相关写作参考。
[摘 要]传统用来研究液体的沸点和气压关系的实验装置,由于密封性和活塞抗压方面的不足,致使实验时液体重新沸腾现象重复性差.而改进传统实验装置的密封性,并加载温度、气压传感器,通过数據处理器连接至计算机,用绘图软件画出对应关系,则可使实验数据以图像方式直观呈现,实现液体多次沸腾.
[关键词]传感器；沸点和气压关系；改进
[中图分类号]G633.98[文献标识码]A[文章编号]16746058（2018）05009502
一、问题提出
华师大版《科学》教材八年级上册第2章第3节《大气压强》中有一个活动：研究气体压强对液体沸点的影响,其涉及知识点有：液体的沸点随液体表面的气压增大而升高,减少而降低.本内容在教材中是第二次出现,所以对学生思维品质的要求进一步提高,要求学生在本课的学习过程中,能推理、理解并应用此知识点解决实际问题.
传统的课堂演示实验往往采用浇冷水（图1）或用针筒抽气的方式（图2）来突破学生的学习难点.其优点有：现象明显,能通过逻辑推理帮助学生理解此知识点.不足为：①降温过快,沸腾次数少；②水重新沸腾时,不能直观显示温度和气压值,学生无法知道烧瓶内的气压是否下降；③由于装置密封性和活塞抗压性的限制,不能使水在高于100℃时沸腾.因此学生对于“液体的沸点随液体表面的气压增大而升高”这一知识点缺乏直观体验和实验支持.
二、实验改进
为解决以上三个问题,笔者经过多次改良器材,改进程序,最终设计出符合要求的实验装置,如图3所示.
该实验装置,用DS18B20温度传感器和XGZP6847型气压传感器采集数据,用Arduino nano主板处理数据,并通过数据线连接计算机,在计算机上安装绘图软件Tempandpre用以记录和显示实验数据及据此生成的温度、气压图像.
实验过程中主要遇到以下问题：（1）在酒精灯持续加热升温加压过程中,烧瓶口和橡皮塞连接处及各个玻璃管和橡皮管的连接点,承受不住巨大的压力和水蒸气的高温,导致密封泥软化,出现不同程度的漏气问题.（2）抽气时,尤其是气压迅速下降过大时,连接处的乳胶管变形而闭合,因此不能继续抽气使气压下降,达不到多次重新沸腾的理想效果.（3）所用的气压传感器工作温度不能超过100℃,而烧瓶口水蒸气的温度很容易超过100℃,超出气压传感器的正常工作温度.（4）传感器记录的实验数据过多,在众多的数据中不易筛选出沸腾时的温度和气压值.
笔者通过查找资料、反复实验、请教科学特级教师吴利文老师、走访电厂、向工业实地测量取经等,逐一解决了以上问题：（1）用写作的带磨砂口的圆底烧瓶替换普通烧瓶,并用锉刀打磨新橡皮塞外圈,增加烧瓶口和橡皮塞的摩擦力,使之能承受较大压强而不漏气,保证实验的继续进行.（2）用质地较硬的耐低温、耐老化、耐腐蚀、耐高温的洗车用加强型黑色橡胶软管替换实验室常用的乳胶软管,使抽气时软管不致变形密闭,实现较大幅度的抽气,降低气压而使水重复沸腾.（3）根据电厂压力测量的实际经验,让硬质PVC透明管绕圈后再连接气压传感器（见图3固定于铁架台上的圈状连接方式）,水蒸气在圈状导管中逐渐冷却降温,使气压传感器处于正常工作温度范围内,保证读数的准确可靠.（4）每次抽气至观察到水重新沸腾才停止,观察记录此时的温度和气压值,即为此对应压强下水的沸点.
三、实验结果
经过对程序、数据的多次校正和图像呈现方式、坐标轴范围的调整,终于实现了笔者的设想：对应同一时刻的温度和压强值在同一个图像中描绘,用不同颜色显示.经过多次重复实验,其中某次实验过程中计算机记录的绘图结果如图4所示.
红色线 为温度（℃）,黑色线为压强（kPa）,黑框内显示实时采录的温度、气压数据.从图像结合实验具体过程可知,水在高于一个标准大气压且高于100℃时沸腾.熄灭酒精灯停止加热,水降温至完全停止沸腾后,用针筒向外抽气,随着压强的显著下降,观察到水重新沸腾时停止抽气,记录此时对应的温度和气压值.松手,针筒活塞复位,压强迅速增高.继续降温,然后重复抽气至水重新沸腾,记录此时对应的温度和气压值,多次重复以上步骤,直至活塞抽至针筒最大处.此次实验,共实现了11次水的重新沸腾（见图4）.
重新将水加热至沸腾,重复以上实验.在不同的时间内记录的多组数据中,若出现沸点温度相同,记录压强最高值,因为压强低时,液体更容易沸腾.采用这种方式,删除部分数据,留下的数据,按温度降序整理,详细见表1.
从表中可以看出,第8、13、16、20、21、22这6组数据,压强值低于或等于下一组或下下组的压强值,分析原因可能是人工抽气幅度过大,使压强下降过快,水迅速沸腾.又因沸腾的水可以在更低的压强下持续沸腾,因此去掉这6组数值,将剩余的实验数据用Excel软件绘制图像,见图5.
从图5中可以直观看出,液体的沸点随液体表面的气压增大而升高,减少而降低.由此可以有效突破此教学难点.
本实验实现了两大创新：（1）通过计算机技术、传感器和科学的有机结合,可实时描点绘制曲线记录结果：温度、压强值直观可视,使实验从定性走向定量.（2）水可以在高于一个标准大气压（181kPa）,108℃时沸腾,为“液体沸点随其表面气压的增大而升高”提供实验数据,弥补传统实验只能降温降压使液体重新沸腾的不足.
四、反思和展望
将温度和压强放在同一个图中,使数据对应且直观可视,却使温度的区分度不大.
关闭软件后数据不能自动保存,唯有关闭之前人工记录并筛选后,再用Excel处理绘图,实验结果尚缺自动识别和筛选数据功能.
本实验采用人工抽气的方式,抽气幅度不可控制,导致有时抽气过多,降压过快,产生无效数据,且因人力有限,在气压越来越低的过程中,拉动针筒活塞越来越费力,导致实验不能到达气压最低值,重复性较差.是否可以考虑增加一个小电动机,像医院匀速注射药物似的向外拉活塞,控制活塞拉动幅度,提高数据的重复性?
上述问题,尚待继续尝试改进,以使实验效果更理想.
[参考文献]
[1]黄建明,徐玲.对沸点随气压改变演示实验的改进[J].物理教学探讨（上半月）,2004（3）.
[2]吴玉萍.关于沸点和气压关系两种改进装置的对比[J].物理通报,2015（7）.
（责任编辑黄春香）
沸点论文参考资料：
结论：基于传感器液体沸点和气压关系为关于本文可作为相关专业沸点论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文沸点boiling point论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
