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        DIS朗威教學(xué)系統(tǒng)在氣體實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

        2018-10-15 05:58:46言景祥
        成才之路 2018年25期
        關(guān)鍵詞:物理教學(xué)應(yīng)用

        言景祥

        摘 要: DIS這種新型教學(xué)平臺的引入,使得以前想做但做不了的物理實(shí)驗(yàn)可以清晰地呈現(xiàn)出來,激發(fā)了學(xué)生的興趣,也為教師提供了一個(gè)很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺。文章從氣體實(shí)驗(yàn)定律教學(xué)中的準(zhǔn)備情況和氣體實(shí)驗(yàn)定律實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的思考兩方面入手,探討DIS朗威教學(xué)系統(tǒng)在氣體實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略。

        關(guān)鍵詞: 物理教學(xué);DIS朗威教學(xué)系統(tǒng);應(yīng)用;誤差

        中圖分類號: 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1008-3561(2018)25-0084-01

        DIS朗威教學(xué)系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是:操作簡單、數(shù)據(jù)處理方便高效、結(jié)論形象直觀?,F(xiàn)以“氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系——玻意耳定律,即一定質(zhì)量的氣體, 在溫度不變時(shí), 壓強(qiáng)與體積成反比”為例,闡述DIS朗威教學(xué)系統(tǒng)在氣體實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

        一、氣體實(shí)驗(yàn)定律教學(xué)中的準(zhǔn)備情況

        (1)實(shí)驗(yàn)器材的安裝。將配套的壓強(qiáng)傳感器的接口與注射器連接,用專配數(shù)據(jù)線將壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器連接,并連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。(2)啟動專用軟件。點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)菜單上的“氣體壓強(qiáng)與體積關(guān)系”按鈕,計(jì)算機(jī)屏幕上將出現(xiàn)“壓強(qiáng)數(shù)據(jù)采集窗口”和“數(shù)據(jù)表格”。(3)從刻度為5處不斷向外拉注射器,使其處于“10、15、20、25”等整刻度處,點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”按鈕,計(jì)算機(jī)軟件將自動記錄不同刻度(體積)時(shí)注射器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)數(shù)值。(4)點(diǎn)擊“圖線分析”按鈕,軟件將自動將描繪記錄中的各組數(shù)據(jù)所形成的函數(shù)圖像。通過軟件自帶的換算功能,可以清晰地看到:壓強(qiáng)和體積、壓強(qiáng)和體積倒數(shù)的關(guān)系曲線,從而可以得出結(jié)論:一定質(zhì)量的氣體,在溫度不變時(shí),壓強(qiáng)與體積成反比。

        二、氣體實(shí)驗(yàn)定律實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的思考

        1.探究實(shí)驗(yàn)中圖像不過原點(diǎn)的原因

        (1)溫度一定時(shí),一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積成反比,實(shí)驗(yàn)中的圖像應(yīng)過原點(diǎn),實(shí)際不過原點(diǎn),如何解釋?要解決這一問題,在實(shí)驗(yàn)得到圖像后,教師可以立刻結(jié)合圖像分析:在氣體體積無窮大時(shí),氣體近似真空,壓強(qiáng)應(yīng)該為零,所以圖像應(yīng)過原點(diǎn),而實(shí)驗(yàn)圖像不過原點(diǎn)肯定是有實(shí)驗(yàn)誤差。那誤差的來源呢?此時(shí)可對實(shí)驗(yàn)圖像進(jìn)行分析:將圖像向下平移至原點(diǎn),得到理論的圖像,在相同壓強(qiáng)下,很容易得出1/V實(shí)<1/V理,即V實(shí)>V理。(2)為什么實(shí)驗(yàn)的氣體體積比理論的要大呢?結(jié)合實(shí)驗(yàn)器材,可知是注射器與傳感器相連軟管部分內(nèi)氣體的體積沒有考慮。那么如何改進(jìn),減小誤差呢?可以應(yīng)用容積較大的注射器,在實(shí)際的操作過程中,氣體的體積不宜壓得過小,這樣注射器與傳感器連接的那部分軟管內(nèi)的氣體體積可以忽略不計(jì)。事實(shí)真的如此嗎?為此本文作者做了一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)1:將連接部分的軟管剪得盡量短,前提是將注射器活塞保持在15刻度處,盡量保證封閉的氣體質(zhì)量一定,重復(fù)該實(shí)驗(yàn)。但驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn):圖像和縱軸的截距幾乎沒什么變化。那造成圖像不過原點(diǎn)是否有其他原因?通過計(jì)算機(jī)記錄的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):PV的乘積越來越小。這說明:溫度不變(實(shí)際在壓縮氣體過程中溫度有極小幅度升高),根據(jù)P·V/T=C,比值C在減小,氣體質(zhì)量減小,至此,原因顯而易見了:注射器漏氣!為此本文作者又做了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)2:用針管封閉一定質(zhì)量的氣體,活塞放在20刻度處,然后,反復(fù)擠壓幾次,最終活塞仍回到20刻度處。實(shí)驗(yàn)結(jié)果:壓強(qiáng)在減小。在減小氣體體積(壓縮氣體)的過程中,注射器確實(shí)漏氣。(3)該驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)表明:在實(shí)驗(yàn)過程中針管確實(shí)在漏氣,導(dǎo)致分子數(shù)目減少,壓強(qiáng)變小。但實(shí)際擠壓時(shí)外界對氣體做功,氣體的溫度略有升高,氣體分子熱運(yùn)動的劇烈程度在增大,這會使壓強(qiáng)增大。一個(gè)因素促使氣體壓強(qiáng)變小,另一個(gè)因素促使壓強(qiáng)變大,而實(shí)際壓強(qiáng)在減小,說明此實(shí)驗(yàn)中,漏氣(氣體分子數(shù)目減少)是此實(shí)驗(yàn)誤差的主導(dǎo)因素。在進(jìn)行誤差分析時(shí),因注射器漏氣,不是一定質(zhì)量的氣體,故圖像不能簡單平移。此時(shí),可在實(shí)驗(yàn)圖像上取兩點(diǎn),分別與原點(diǎn)相連,得到兩條直線,很容易發(fā)現(xiàn)圖像的斜率在減小。圖像的斜率是什么?斜率k=P·V,結(jié)合=C,P·V=C·T漏氣。分析至此,可以明確:此實(shí)驗(yàn)的主要誤差是作為實(shí)驗(yàn)器材的注射器漏氣造成的。

        2.繼續(xù)探究實(shí)驗(yàn)氣體

        氣體三定律的研究對象是理想氣體,而我們的實(shí)驗(yàn)氣體并非理想氣體。那么,實(shí)驗(yàn)對象——實(shí)際氣體為何不能嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律呢?(1)氣體分子本身具有一定的體積。通過計(jì)算可得知:若將氣體分析看作球體模型,氣體中氣體分子本身固有體積約為1.2×10-4 m3,在壓強(qiáng)較小的情況下, 每個(gè)氣體分子與其占據(jù)的空間體積相比幾乎可忽略不計(jì),實(shí)際氣體的性質(zhì)與理想氣體都非常接近,可以近似等價(jià),此時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)論能較好地符合規(guī)律。(2)分子間有相互作用力。當(dāng)r→∞時(shí)或r>10r0,即在實(shí)際氣體體積較大、壓強(qiáng)較小的情況下,氣體分子之間的相互作用力幾乎為零,所以這種情況下實(shí)際氣體可近似等價(jià)于理想氣體;但在壓強(qiáng)較大的情況下,氣體分子之間的距離r<10r0,分子間相互作用力——分子引力就發(fā)揮作用了,在體積減小即分子間距離減小時(shí),分子引力在不斷增大,此因素直接導(dǎo)致氣體分子對容器壁的碰撞的次數(shù)減小,氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)減小。這就很好地解釋了為什么實(shí)際氣體的實(shí)驗(yàn)所測出的值比玻意耳定律計(jì)算出來的理論值偏小一些。

        總之,教師要結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,引導(dǎo)學(xué)生深入思考,深入探究,找出其中的問題,并能一步一步找到其中的原因。這樣的實(shí)驗(yàn),就達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

        參考文獻(xiàn):

        [1]梅云霞,唐曉亮.DIS物理實(shí)驗(yàn)是把“雙刃劍”——由2012年高考上海物理卷第29題引發(fā)的思考[J].物理教學(xué),2012(12).

        [2]趙永樂,渠雷雷.基于朗威DISLab數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的——實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)化模式淺析[J].物理教學(xué),2013(06).

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