数字化实验与传统实验在初中物理热学中的对比研究

摘 要：简单介绍数字化实验平台，应用此平成水的沸腾和晶体与非晶体的熔化实验，并与相应的传统实验进行对比，进而认识各自的优点和不足。

关键词：数字化实验；沸腾；熔化；沸点；熔点

我校的数字化实验室已经建立了多年，通过一段时间的使用，总体来说，学生对它都是持肯定的态度，有的学生说数字化实验室的使用给学习带来了不少便利，也有的学生说不能充分体现中考的要求，有的考点尚不能完全落实。本学期我们初中物理组将学生分成了两大类，一类做数字化实验，一类做传统实验。现在我们将这次实验结果比较如下：

一、水的沸腾实验分析

1.传统实验探究水的沸腾

传统实验是按照教材进行操作，利用温度计来测量温度，用秒表来记录时间，看时间的同时还要准确读数，很难做到同时性，读完了数据还要记录在设计好的表格内，用数学画函数图象的方法根据表格数据描点、连线，而描出来的点并不具备连续性，使得误差加大。这种实验的优点在于学生既练习了温度计的使用，又练习了秒表的使用，而且符合中考要求，要求学生掌握的技能比较全面。

2.数字化探究水的沸腾

实验装置：数字化实验平台、温度传感器、大试管、酒精灯、铁架台、水。

实验步骤：（1）将温度传感器与电脑相连，打开工作室界面，设置传感器的频率为10次/分。（2）将温度传感器伸入热水中固定好传感器。（3）点燃酒精灯给水加热，当温度显示为90℃时开始记录，随着实验的进行，采集器把时间和温度的变化数据记录到电脑中，通过图表显示出来。

数据分析：由PLAB思迈数字化物理实验软件做出的图像图3很清楚地展示出温度的变化，通过上图，不难看出，水的温度从85℃到95℃之间是逐渐上升的，但也有发生变化的情况，而96℃后的温度比较平稳，却并不是一条直线。它真实地反映了实验中温度的具体变化过程，这些都在误差范围内。

二、晶体和非晶体的熔化

1.石蜡的熔化

石蜡是块状固体，要想让温度传感器与石蜡充分接触很不容易，我们特地将石蜡切成小块，然后将温度传感器深入石蜡并挤压使其紧密接触。而石蜡传热较慢，又不能用酒精灯直接加热，所以只有用水浴法进行加热。

本实验器材为：石蜡、水、酒精灯、烧杯、大试管、铁架台、温度传感器、PLAB实验平台。

实验步骤：（1）用酒精灯加热水大约90℃。

（2）将装有温度传感器的大试管轻轻放入烧杯的水中，充分接触。

（3）接好传感器，开始记录数据。随着实验的进行，采集器把时间和温度的变化数据记录到电脑中，通过图表显示出来。

数据分析：通过实验平台记录的数据，我们不难发现，从整体上看，石蜡在熔化过程中温度是逐渐升高的，虽然个别时刻温度在降低，却也完全符合实验事实。降低的原因主要体现在温度传感器与石蜡的结合紧密程度有关，空气流动状况也会影响到传感器的读数。正是因为传感器的精确度高，反应灵敏，我们才看到了石蜡熔化时的温度值。

2.海波的熔化

海波是物理化学实验中的理想药品，其熔化的温度不高也不低，十分适合实验室操作。海波是细颗粒状的晶体，方便温度传感器插入其中，达到充分接触的目的。而冰虽然是常见，但它是块状固体，传感器插不进去，而且在较低温度时就熔化了，不好掌握。

实验原理：任何物质，在温度升高时，物态也会发生变化。

主要实验方法：水浴法（使晶体均匀受热）。

实验器材：铁架台、酒精灯、石棉网、水、烧杯、试管、晶体（海波）、温度传感器、PLAB数字化实验平台、玻璃棒。

操作提示：（1）把装有海波的试管（高度约3cm）放在盛有热水（稍低于熔点，海波的熔点是48℃）的大烧杯里。试管内装有温度传感器，传感器设置为每分钟记录10次。

（2）当海波的温度接近熔点时，稍减慢加热速度。注意观察海波的变化：试管壁开始海波逐渐熔化温度基本保持在熔点左右海波全部熔化后温度持续上升。约超过熔点3℃时停止加热。

实验现象：（1）开始加热时，海波物态不变，电脑示数逐渐增大。（2）在一定的温度下（熔点）海波开始融化，熔化过程中吸热，但电脑示数基本保持不变，海波处于固液共存态。（3）当海波全部熔化完毕，继续加热，电脑示数再逐渐增高。

实验完成后停止加热，电脑也停止记录数据，把电脑处理好的数据进行分析，这在很大程度上避免了学生在采集数据时可能出现的失误，减少了学生采集实验数据不可用的情况的出现，同时也避免了很多不必要的误差，有利于学生对数据的分析以及结论的得出：海波的熔点大致在47℃左右。

从以上实验可以看出，PLAB实验设备不同于传统商业仪器，它在物理教学中有相当多的优势。

（1）实验过程更加简化，实验时间大大减少，实验效率明显提高。

（2）实验所得的实验数据与传统的实验方式相比要更加符合客观的规律，数字化实验设备这种由采集器、传感器、实验附件以及相应软件组成的实验系统，可以使学生更精确地采集数据。这在很大程度上避免了学生在采集数据时可能出现的失误，减少了学生采集实验数据不可用的情况的出现，同时也避免了很多不必要的误差，有利于学生对数据分析以及结论的得出。

（3）数字化实验设备不得不提的是它的可视化，学生第一次通过我的介绍，见到这种直观地通过数字、波形、仪表、柱状等多种形式显示出来的实验现象和数据时，好奇心很强。

（4）数字化实验设备能快速地处理实验数据，这相比传统的代入数据计算少了计算的过程。

我校数字化实验室的投入使用给我校师生带来了良好的教学效果，相信随着使用经验的累积，以及教师专业技能的提高，物理探究性实验教学的教学质量将会有进一步提高。