摘要：運用手持技術(shù)設(shè)計實驗，驗證查理定律，并在此基礎(chǔ)上推測絕對零度。

關(guān)鍵詞：手持技術(shù)；查理定律；絕對零度

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2007)12(S)-0053-2

1 前言

查理定律［1］是高中物理氣體熱力學定律教學的一個重點、難點。由于傳統(tǒng)的實驗裝備體系中的常用的溫度計與氣壓計這兩類儀器的誤差大、精度低，這直接影響實驗數(shù)據(jù)的“質(zhì)量”；而另一方面數(shù)據(jù)讀取、記錄與后期數(shù)據(jù)處理都只能依靠人工操作。重復的實驗操作，繁雜的數(shù)據(jù)處理，十分浪費學生的時間與精力，極大妨礙了學生進行探索與研究。

基于此，過去教材中沒有編入相應的演示或?qū)W生實驗，教學中往往采用“填鴨”式的灌輸和“題海”戰(zhàn)術(shù)來強化訓練，這必然會使教學效果大打折扣。

Fourier是由數(shù)據(jù)采集器+傳感器+多媒體計算機［2］構(gòu)成的一種新型掌上實驗系統(tǒng)（Handheld system Laboratory，簡稱手持技術(shù)）。其中Fourier系列的傳感器成功的克服傳統(tǒng)實驗儀器的諸多弊端。例如本實驗所用的溫度和氣壓傳感器，不僅精度高（分別可精確到0.01℃和0.01kPa）、誤差小、反應快，可重復性強，而且更重要的是在于這套新型掌上實驗系統(tǒng)具備“實時實驗”的能力［3-4］，數(shù)據(jù)采集處理和圖形的描述都由計算機完成，所以師生就可以從數(shù)據(jù)讀取處理和圖形描繪等，繁瑣的簡單勞動中解脫出來，進而騰出更多的時間與精力進行更深層次的探索與研究。

2 實驗設(shè)計

2.1 實驗原理

在一個密閉的體系中（保持體積不變），測量體系壓強隨溫度變化的曲線（根據(jù)查理定律，應該是條直線，邊與橫坐標溫度的交點就是絕對零度）。

2.2 實驗用品

數(shù)據(jù)采集器1臺，氣壓與溫度傳感器各1個，雙頸蒸餾燒瓶1個，磁力攪拌器1臺，PARAFILM密口膠若干，計算機1臺。

2.3 實驗裝置圖：

2.4 實驗步驟：

①按上圖組裝好儀器

②設(shè)置實驗參數(shù)（Rate:Every sec Points:500 Display:graphic）。

③開啟數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù)

④啟動磁力攪拌器進行加熱。

2.5 數(shù)據(jù)處理

點擊配套“探世界”軟件中的圖形編輯菜單，選擇x軸為溫度，y軸為壓強，得出圖3所示圖像。

先讓學生從所測數(shù)據(jù)，預測它們存在的趨勢和規(guī)律（即可驗證查理定律，同時也可以加深學生對查理定律的理解）。然后，點擊軟件菜單中（直線擬合）圖標，即得到一條直線：

根據(jù)擬合線的方程f(x)=334.49x+91495.033，可以擬合線在x軸上的截距為：-273.45℃，重復三次，測得平均值為-274.12℃，而理論值為-273.15℃。絕對誤差小于0.5%。

本實驗操作簡便，現(xiàn)象明顯，可能作為教師課堂演示實驗，也可作為學生課外探究性實驗。學生通過所學的知識結(jié)合手持技術(shù)，設(shè)計實驗，揭開大自然的神秘面紗。體驗科學探究的樂趣，激發(fā)學生科學探究的興趣與渴望，進而達到回歸教育的原旨的目標。

3 實驗注意事項：

（1）最關(guān)鍵一點在于氣密性，所以本實驗將所有可能漏氣之處都用PARAFILM密口膠進行密封。

（2）固定好氣壓傳感器，防止氣壓過大沖開氣壓傳感器。

4 結(jié)束語

手持技術(shù)作為新課改與現(xiàn)代科學技術(shù)的完美結(jié)合，自從引入中學實驗教學之后，不僅為改進實驗教學提供了必要的技術(shù)手段，而且催生了一批新的教法、新的實驗，對學生加深認識和理解現(xiàn)象和規(guī)律起到積極作用。

參考文獻：

［1］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心編.普通高中課程標準實驗教科書（物理選修3-3）［M］.北京：人民教育出版社，2004：23

［2］賴莉飛，王笑君.從普通高中《物理新課程標準》談數(shù)據(jù)采集器.物理教學探討［J］，2003（12）：37

［3］錢揚義，杜永鋒.掌上實驗技術(shù)（The lab in Hand technology）與中學理科探究［J］.化學教育，2004（8）：14

［4］錢揚義，杜永鋒，李佳等.上實驗室（Lab in Hand）的特點及其功能［J］，電化教育研究，2003（10）：60

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。