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基于智能手机外温和压强传感器的气体定律演示仪


项目成员

张平柯

湖南第一师范学院

教授

基本信息
代表队 湖南 项目编号 PH17110 学科分类 物理教学类 竞赛组别 小学组
关键词 智能手机 外温传感器 压强传感器 气体定律 演示仪
项目简介

1.设计制作了一台高精度、低成本、操作简便的气体定律演示仪。其技术要点是,设计制作一个透明密闭容器,可人工控制改变其内空气的状态参量,利用放置其内的智能手机测量温度和压强,并通过智能手机的MHL转HDMI接口,将实验数据实时显示在带有HDMI接口的大屏幕显示设备上,通过分析数据验证气体三定律。 2.申报者对智能手机植入的传感器和基于这些传感器开发的虚拟仪器进行了深入的分析,对它们在小学科学、中学物理和大学物理教学中的应用问题进行了较系统的研究,并发现高中物理教材中的“气体的压强、体积、温度间的关系”一节,缺乏有说服力的演示实验。这让申报者产生了利用智能手机设计一个可以定量研究气体定律的实验装置的想法。设计的基本思路是:构建一个可以方便改变温度、体积和压强等状态参量的透明的密闭空间;用带有外温传感器和压强传感器的智能手机测量空间内空气的温度和压强;通过MHL转HDMI接口将测得的温度、压强值实时显示在大屏幕显示设备上;空气体积的变化则通过注射器的刻度(或水平玻璃管中水柱的移动)来测定。 3.该设计运用了组合法的发明技法、传感器的工作原理、智能手机虚拟仪器功能和MHL转HDMI传输技术。 4.做出了一台精度高、操作简便、可视化程度高、成本低廉的全新的“气体定律”演示仪;为利用智能手机辅助物理实验教学提供了一个范例;为通过引进新技术提高中学物理实验的精度指出了一个新方向;该仪器综合性强,还可以用于观察水蒸气从不饱和到饱和过程中各主要物理量的变化情况。 5.该仪器使用方便、可视度高、精度高、实际演示效果好。进一步完善可以减小加热过程中的温度梯度,使加热过程更接近准静态过程;还可加装一个气阀,通过迅速放气,演示气体迅速膨胀过程中对外做功内能减少导致的温度降低现象。

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