運用“手持技術”推測絕對零度

摘要：運用手持技術設計實驗，驗證查理定律，并在此基礎上推測絕對零度。

關鍵詞：手持技術；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，這直接影響實驗數據的“質量”；而另一方面數據讀取、記錄與后期數據處理都只能依靠人工操作。重復的實驗操作，繁雜的數據處理，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學生實驗，教學中往往采用“填鴨”式的灌輸和“題海”戰術來強化訓練，這必然會使教學效果大打折扣。

Fourier是由數據采集器+傳感器+多媒體計算機［2］構成的一種新型掌上實驗系統（Handheld system Laboratory，簡稱手持技術）。其中Fourier系列的傳感器成功的克服傳統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具備“實時實驗”的能力［3-4］，數據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據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

數據采集器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設置實驗參數（Rate:Every sec Points:500 Display:graphic）。

③開啟數據采集器采集數據

④啟動磁力攪拌器進行加熱。

2.5 數據處理

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。

先讓學生從所測數據，預測它們存在的趨勢和規律（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合手持技術，設計實驗，揭開大自然的神秘面紗。體驗科學探究的樂趣，激發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 結束語

手持技術作為新課改與現代科學技術的完美結合，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象和規律起到積極作用。

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》談數據采集器.物理教學探討［J］，2003（12）：37

［3］錢揚義，杜永鋒.掌上實驗技術（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、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。