用朗威DIS系统探究一道物理实验题

  用朗威DIS系统探究一道物理实验题

 程光辉¹  王志斌²

（1. 歙县长陔中心学校，2. 歙县中学，安徽 黄山 245200）

摘要：本文用朗威DIS系统实时测量并绘制温度随时间的变化图线，对一道物理实验习题的错误进行了纠正，并分析其错误原因。

关键词：升温图线  温度传感器   比热容  水浴法

1 引言

有这样一道物理实验题：如图1所示，有规格相同的两试管中分别装有质量相同的煤油和水，隔着石棉网用水浴法同时对两试管加热，则反映该实验情况的图线是（  ）

 

 

 

 

 

 

 

命题者认为该题答案应选C。

该题由沪科版九年级物理第十三章第二节《科学探究：物质比热容》一课中的“探究物质比热容实验”改编而来。教材在探究物质吸热性质实验时，考虑到初中学生可接受程度，采用酒精灯做热源。调整两个酒精灯的灯芯，使两灯的火焰基本相同，这样便可以近似认为它们是两个相同的热源，分别给烧杯中等质量的水和煤油直接加热，随后测量加热后各自不同时刻对应的温度，在同一坐标系中绘制两者温度随时间变化的图线，如图2（乙）所示。比较图线可知，相同加热时间内，水和煤油的温差明显，绘出的两条图线基本满足线性关系。

编制该习题的老师认为，图2装置最大的不足是两个酒精灯在相同的时间内供热有差异。若改为用分别放在两支试管中等质量的水与煤油，在同一水浴中加热，就能确保在相等时间内吸收的热量相等，因此，实验得到的温度随时间变化的图线应该与课本实验得到的图线相同，即题中选项C所示图线。

那么，用水浴法加热和用酒精灯直接加热得到的实验结果相同吗？

2 实验探究

探究一：在教材所述方案中，我们用朗威DIS系统的温度传感器代替温度计进行实验，装置如图3所示，实时绘制出温度随时间变化的图线，如图4，图线与教材所示方案一致。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

探究二：在实验习题所示方案中，我们用朗威DIS系统的温度传感器代替温度计进行实验，装置如图5所示，实时绘制出温度随时间变化的图线，如图6，该图线与习题图线存在很大的差异。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 错误原因分析

    教材所述方案中，用酒精灯直接给烧杯中的水和煤油加热，我们用朗威DIS高温传感器测量了石棉网下底处温度高达709℃，如图7所示。虽然在加热过程中烧杯中的水和煤油温度均升高了几十摄氏度，我们仍然认为温差大致不变，基本满足烧杯中的水和煤油在相等时间内吸收的热量相等这一实验条件，因而升温曲线呈线性。

而在实验习题所示方案中采用水浴法加热时，实验开始时，试管中的水和煤油与水浴中作为热源的水温差较大，在单位时间里吸收热量较多，因而升温较快，随着时间的推移，试管中的水和煤油与水浴中作为热源的水温差逐渐减小，单位时间里它们从水浴中吸收的热量减少，升温变慢，达到热平衡便停止升温，所以这就解释了原习题中选项C是错误的。在实验开始时，由于煤油的比热容比水的比热容小，因而煤油升温比水快，我们通过实验所得图6中的图线与理论分析相吻合。

4 结束语

在实验习题所示方案中因为试管中的水和煤油升温时温差很小，而且从开始升温到达到热平衡的时间较短，若用温度计与秒表进行测温、计时操作难度较大；用朗威DIS系统的温度传感器代替温度计进行实验，系统自动采集数据，实时生成图线，既快捷又准确。

我们在设计实验习题时，不能仅仅凭主观臆断，盲目迁移，对所设计的实验现象和实验结论要通过实际实验加以验证。

 

 

参考文献

1.物理.九年级全一册[M].上海科学技术出版社，2013：39--44.