初中化学数字化实验ppt课件

.
42
四、手持技术在初中化 学实验教学和研究性学
习中的应用示例
.
43
（一）手持技术在酸碱中和反应中 的应用
【实验仪器与试剂】 数据采集器、pH传感器、磁力搅拌器、磁
力搅拌子、酸式滴定管、100mL烧杯； 0.1mol/L盐酸、0.1mol/L氢氧化钠溶液。
.
44
.
45
.
46
【实验步骤】
(1)温度传感器
数字温度计
.
16
(2)电导率传感器
电导率计
.
17
（4）压力传感器
.
18
（5）电压、电流传感器
.
19
（6）CO2传感器
.
20
（7）溶解氧传感器
.
21
（8）离子传感器
.
22
（9）色度传感器
.
23
传感器的选择依据
生成气体的反应－可以用压强传感器测定单 位时间内压强的变化
在掌上就可以操作的技术，因而又称
“掌上技术”，是一种常用的传感器技
术。它是由数据采集器、传感器和配套
的软件组成的、定量采集各种常见数据
并能与计算机连接的实验技术系统，由
于其体积较小，在手掌上就可以操作，
采集多种数据，故形象地称为手持技术
仪器。
.
5
它的工作原理如图所示，利用传感器把从 外部感应到的物理量通过电信号的形式传 输到数据采集器,数据采集器将信号规范整 合后传送到数据处理系统进行实时分析、 统计、拟合等处理。
.
58
.
59
( 4) 等量的 NH4NO3、NaCl 和 NaOH 同时 溶解在等量的水中, NH4NO3 的水溶液温度 降低, NaOH 的水溶液温度升高, 而NaCl 的 水溶液温度稍有降低。物质在水中溶解是一 个复杂的物理化学过程,总是伴随着能量的 变化, 有热效应现象发生, 大多数是吸热, 如 实验中的 NH4NO3、NaCl, 有的则是放热, 如NaOH。
是一套先进的便携式数据采集系统，可以利 用它对许多自然现象和科学实验进行探究性 学习。同时, 这些仪器的轻巧与便携还为学 生进行户外探究提供了可能。
.
10
（一）数据采集器介绍
数据采集器是一个数据采集与数据分析功 能的综合理科实验系统。
它把实验过程中的物理信号转变为数字信 号输出，全程跟踪实验过程中的数据变化 并以多种形式显示实验结果。
像都可以保存在计算机中，可以随时播放，再
现实验过程。
.
26
二、手持技术的特点
便携：数据采集器和传感器都较小,实验时 在手掌上就可以操作，可随时随地地进行定 量实验探究活动。
实时：数据变化过程与实验过程同时进行， 与计算机连接，就能将显示变化过程的各种 形式同时演示出来，与微型摄像头连接，就 能将实验的整个操作过程演示出来并储存在 计算机的硬盘中，实验后可以重复演示。
.
25
（三）系统软件介绍
实验数据处理程序：利用计算机强大的运算和 数据处理功能，能更好地把握实验的动态以及 对实验结果进行分析、推测，同时还可以通过 接口软件对掌上技术的硬件进行更加精确的操 作。
实时录像系统：将摄像头与计算机连接，可实
时地记录实验现象、将数据曲线与实验现象同
时呈现在计算机上，且记录的数据和拍摄的录
量取25mL氢氧化钠溶液（0.1mol/L）于 100mL烧杯中；酸式滴定管用0.1mol/L盐 酸润洗，装液，调零；打开磁力搅拌器， 设置软件，开始记录数据的同时打开酸式 滴定管活塞，控制滴加速度稳定；待加入 盐酸与氢氧化钠溶液体积比约为1：1，停 止数据记录，关闭酸式滴定管活塞、磁力 搅拌器，拆除并清洗仪器。
.
49
现在通过pH传感器，利用手持技术，不仅 操作方便简单，在学生保持对实验的感性认 识的同时，还可以让学生观察到溶液在整个 滴定过程中具体pH数值的变化情况，让学 生对化学计量点附近的突跃进行理性认识。
.
50
（二）探求物质溶解于水时温度 变化的规律。
物质溶解于水往往使溶液的温度发生 变化。选取NH4NO3、NaCl 和 NaOH 3 种物质溶解于水时, 应用手持技术, 定 量测量其温度的变化, 探求物质溶解于 水时温度变化的规律。
本实验选择：“1/10sec” →按“回车” 键 下到“采样数”处。
.
38
设置采样数：
根据需要通过按“←”或键“→”键可选 择采样数，20 、 50、 100、500、1000、 2000、……
本实验选择：“10000” →按“回车” 键下 到“显示方式”处
.
39
设置显示方式： 根据需要通过按“←”或键“→”键可选
.
60
目前手持技术在国内化学教学中的应 用研究已经初具规模，已有多所高校 先后建立起手持技术实验室，部分经 济发达地区的中小学也先后建立了应 用基地。
.
61
研究表明：采用手持技术的实验教学可以激 发学生的学习兴趣和探究热情，加深学生对 某些化学概念的理解、提高学生对图像的认 知能力和加强学生的团队合作意识等等，为 中学化学实验的教与学提供了一种良好的、 可供选择的教育手段。
.
8
例如将温度传感器与 pH 传感器置于盛 有少量水的烧杯中, 随着固体氢氧化钠 固体的加入, 计算机屏幕上将分别出现 两条逐渐上升的实验曲线, 并且在表格 中实时显示温度与 pH 值的变化数据。 可见, 利用基于计算机的化学实验, 能使 传统教学中的定性实验得以量化验证。
.
9
手持技术可以广泛应用于理科实验中，可以 方便而迅速地收集各类物理、化学、生物、 环境等数据，如位移、速度、温度、声音、 光、电、力、pH值、以及Ca2 + 、NO3- 、 NH4 + 、Cl- 的浓度、相对湿度、心电图等。
.
27
准确：既可以用仪器或电脑自动收集数据， 又可又人工控制收集，实验数据可以准确到 0.5%，完全符合中学对实验数据准确度的 要求。
综合：数据采集器可与各种传感器连接，可 同时进行物理、化学、生物、体育、环境、 气象等学科实验的定量探究研究。
.
28
直观：手持技术可以以图像、图表等多种形 式动态实时地显示实验的变化过程。可以在 自己喜欢的一种显示方式中任意查看某一时 刻、某一段时间或整个过程的实验数据。
.
62
Biblioteka Baidu
.
63
.
6
传感器(探头)可根据需要测定的参数( 如 温度、湿度、光强、pH值、溶解氧浓度、 电导率、气压、电流、电压等) 而自行选 择
数据采集器主要用于采集并储存实验数 据
.
7
将计算机与手持技术仪器联用时, 传感 器可以精确地测量与传递实验中所测定 的各种实验参数，所得实验数据将通过 数据采集器传到计算机中, 计算机经由 配套软件将数据以表格和图像的形式呈 现, 并进行分析处理。
初中化学数字化实验
.
1
数字化化学实验室主要包括
实验室、手持技术仪器( 如数 据采集器与各类传感器) 、常规 实验仪器和计算机等。
.
2
.
3
一、手持技术的概念与原理 二、手持技术的特点 三、手持技术使用方法介绍 四、手持技术在初中化学实验教学
中的应用示例
.
4
一、手持技术的概念与原理
手持技术(Held Technology)顾名思义，
采样启动 样品采集 统计分析 打开文件 系统配置
.
36
屏幕显示 “传感器 通道—— 温度”后， 接着显示 右图：
.
37
设置采样率：
根据需要设置，通过按“←”或键“→”键 可选择频率： ……;10/min、1/10sec 、 1/sec、 10/S、25/S、50/S、100/S、 500/S……。
.
13
（二）传感器介绍
传感器：
能感受规定的被测量并按照一定的 规律转换成可用输出信号的器件或装置。 或传感器是一种能把物理量或化学量转 变成便于利用的电信号的器件。
.
14
工作原理：
测量环境
信号检出器
被测信号
放大变换
输出
信号检测
信号处理
.
15
在中学化学实验教学中常用的传感器有以 下一些传感器。
配置” ，根据需要按
“→”或“←”可选择： “自动”、“手动”模
式。本实验设置 “工作
模式为“自动” .
.
32
采样启动
样品采集 统计分析 打开文件 系统配置
.
33
采样启动 样品采集 统计分析 打开文件 系统配置
.
34
按“ESC”键返回 到开始的主界面。
.
35
从开机状 态的图面 开始，移 动光标到 “采集器 设置”， 然后按 “执行 “键（回 车键），
.
51
.
52
.
53
实验结果表明:( 1) NH4NO3 溶解于水时, 溶液温度降低, 是吸热过程, 而且其溶解 于水中的质量越多, 温度也越低
.
54
.
55
( 2) N aOH 溶解于水时, 溶液温度升高, 是 放热过程, 而且其溶解于水中的质量越多, 温度也越高
.
56
.
57
( 3) NaCl 溶解于水时, 溶液温度降低, 是吸热过程, 而且其溶解于水中的质 量越多, 温度也越低
生成有色物质的反应－可以用色度传感器测 定单位时间内色度的变化
逐渐生成有色物质（或沉淀）——可以用光 强传感器测定单位时间内光强的变化
.
24
伴随明显的热效应－可以用温度传感 器测定单位时间内温度的变化
溶液中离子浓度或种类的改变－可以 用电导率、或离子传感器测定单位时 间内电导率（或离子）的变化
.
47
.
48
以往的滴定实验都只是定性试验，我们只能 通过滴加酚酞指示剂，通过溶液颜色的变化 来说明pH发生突变，只能知道化学计量点 附近溶液颜色从无色到淡红色再到红色，从 而说明化学计量点的存在。但学生无法知道 中和滴定过程中具体的pH值变化、滴定前 后溶液中各种粒子浓度变化，无法对化学计 量点附近的突跃进行理性认识。
择显示方式：条图、表格、曲线、数字。 本实验选择：“曲线”
.
40
按“ESC” 键回到 “主菜单”
采样启动 样品采集 统计分析 打开文件 系统配置
.
41
2、采集数据
按“执行”键（回车键）开始采集数据，同 时打开软件（事先安装在电脑中），电脑屏 幕会出现数据采集界面（事先数据采集器与 电脑连接好），随着实验的进行，从电脑屏 幕可观察到曲线从起点出来（12：00）慢 慢的到终点（14：00）。实验结束（也可 在实验结束后从文件夹中观察到）。
.
11
外接传感器连 接端口
端口4端口3 端口2端口1
计算机连线 端口
AC/DC电源插 座接口
“开机”、 “关机”按钮
液晶显示屏
“前进”、 “后退”按钮
“退出”按 钮
“执行”按 钮
.
12
能与计算机连接，完成各种后期处理 的实验技术系统。将手持技术与网络 技术整合构成的现代科学实验室成为 “掌上实验室”。
.
29
三、手持技术使用方法介绍
.
30
1、数据采集器使用方法
(1）开机
按下数据采集 器面板上的
“开机”(ON） 按键，采集器
首先进行自检，
然后显示主菜
单（如右图）
.
31
设置数据采集器的工作模式
从开机状态的图面开始
按数据采集器上的“→” 键到“系统配置”,按 “回车”键进入“系统
图2
系统配置