專利名稱：一種水凝固與冰熔化的實驗器及其實驗方法
技術領域：
本發明涉及一種實驗器材及其實驗方法，更具體的說，涉及ー種水凝固與冰熔化的實驗器及其實驗方法。
背景技術：
熔化和凝固是初中二年級必作的演示實驗.用萘作實驗材料，熔點和凝固點不明顯，實驗不易成功.用硫代硫酸鈉作實驗材料，熔點準確明顯，但凝固時由于有過冷現象，在液態硫代硫酸鈉溫度降到接近凝固點時需向流體中加入硫代硫酸鈉晶粒，才能觀察到凝固點，用水做熔化和凝固實驗材料可克服以上兩種材料的缺點，熔點和凝固點溫度保持時間長，實驗效果好。 通常用水做熔化實驗的方法為把碎冰塊放入燒杯中，在冰塊中插入溫度計，記下這時溫度計的示數，每隔2min記錄一次溫度計的示數，同時觀察杯中冰狀態的變化，直到冰塊全部熔化后2min為止。通常用水做凝固實驗的方法為在冰格中倒水，水深3mm,放入冰箱中，每過10分鐘取出來觀察它的狀態，并測量它的溫度，直到全部結成冰后10分鐘為止。上述方法通過人為的操作和記錄，誤差率大，且操作不方便，記錄的數值變化不宣觀。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供ー種自動記錄溫度變化數值，誤差率小且操作方便的水凝固與冰熔化的實驗器。同時，本發明還提供一種水凝固與冰熔化的實驗方法。為了解決以上技術問題，本發明提供ー種水凝固與冰熔化的實驗器，包括水槽、制冰器、透明的小瓶和溫度傳感器，所述水槽的開ロ處設置所述制冰器，所述水槽開ロ的大小與所述制冰器的大小匹配；所述制冰器的底部設置散熱器，所述制冰器的頂部設置固定座；所述小瓶固定安裝于所述固定座上，其頂端設置一個橡皮塞；所述橡皮塞中心設置ー個穿孔，所述溫度傳感器的探頭通過所述穿孔與所述小瓶內部的實驗介質接觸。本發明技術方案的進ー步限定為，所述實驗器還包括ー個注射器，所述制冰器上設置ー個與所述水槽連通的小孔，所述注射器通過膠管穿過所述小孔與所述水槽連通。進ー步地所述注射器的容積為20ml。進ー步地所述小瓶的材質為亞克力。本發明的另ー技術方案為ー種水凝固與冰熔化的實驗方法，按如下步驟進行
(1)利用注射器6通過制冰器10上的孔向水槽5中注水，使水面距離水槽ロ約5mm至IOmm ；
(2)向小瓶4中注入水，將溫度傳感器3的探頭穿過橡皮塞插入到小瓶4中，與小瓶內的水接觸。(3)接通電源，制冰器10開始制冰，觀察小瓶4中水的物態變化和溫度傳感器采集的溫度數據變化；(4)待小瓶4中的水完全凝固成冰后，切斷實驗器電源，使其自然升溫，觀察此過程中水的物態變化和溫度傳感器采集的溫度數據變化，待冰完全熔化成水，水的溫度恢復到初始溫度之后，實驗完成；
(5)實驗證明水在凝固成冰的過程中，溫度持續降低，當溫度低于4°C，溫度降低的速度變慢；冰自然升溫過程中，溫度先快速升高，達到0°C時，溫度變化速度變慢，當溫度為4°C左右吋，小瓶子呈現冰水混合狀態，待吸熱一段時間后，冰完全熔化成水。對本發明技術方案的進ー步限定為，步驟(2)中注入小瓶4內的水不要超過小瓶4容積的一半
本發明的有益效果是本發明所述的ー種水凝固與冰熔化的實驗器及其實驗方法，結構簡単，操作方便，觀察直觀，適合中學生操作；在實驗過程中，方便使用自動化測試工具， 自動記錄溫度變化數值，以及溫度變化的圖象規律，誤差率小。


圖I為本發明實驗器在實驗過程中的連接示意 圖2為本發明中所述的實驗器的結構示意 圖3為本發明所述的實驗器的實驗結果溫度-時間曲線圖。其中
I、計算機處理器；2、數據采集器；3、溫度傳感器；4、小瓶；5、水槽；
6、注射器；7、橡皮塞；8、散熱器；9、電源適配器；10、制冰器。
具體實施例方式實施例I
本實施例提供的ー種水凝固與冰熔化的實驗器，結構示意圖如圖2所示，包括水槽5、制冰器10、透明的小瓶4和溫度傳感器3。水槽5的開ロ處設置制冰器10，水槽5開ロ的大小與所述制冰器10的大小匹配，制冰器10將水槽5的開ロ蓋住。制冰器10的底部設置散熱器8，在制冰器工作時，散出熱量，提高制冰器的工作效率；所述制冰器10的頂部設置固定座，并且在一角設置ー個與水槽5連通的小孔，ー個注射器6通過膠管穿過所述小孔與所述水槽5連通，使用注射器向水槽5中注入水，注射器10的容積為20ml。實驗過程中需要的測試儀器及其連接關系如圖I所示，實驗儀器包括計算機處理器I、數據采集器2、溫度傳感器3和水凝固與冰融化的實驗器。連接關系為計算機處理器I、數據采集器2和溫度傳感器3依次通過數據線連接。溫度傳感器3固定于實驗器上方，與實驗器中的介質接觸，采集實驗器中的溫度，通過數據采集器2傳送到計算機處理器I中，計算機處理器I保存采集的數據，并對數據進行分析，繪制直觀的曲線圖。本實驗器進行實驗時的操作步驟為
(I)搭建實驗平臺，在水槽5內注入大量冷水，通電實驗前，利用注射器6通過制冰器10上的孔向水槽5中注水,使水面距離水槽ロ約5mm至10mm。(2)向小瓶4中注入水，裝入小瓶4內的水不要超過小瓶4容積的一半，將溫度傳感器3的探頭穿過橡皮塞插入到小瓶4內的水中。(3)打開計算機處理器，在同一坐標軸上建立“溫度ー時間”關系，并設置實驗時間“I小吋”，采集間隔“500ms”。(4)接通電源，制冰器10開始制冰，觀察小瓶4中水的物態變化，待小瓶4中的水完全凝固成冰后，切斷實驗器電源，使其自然升溫，觀察此過程中水的物態變化和計算機處理器溫度數據的變化，待冰完全熔化成水，水的溫度恢復到初始溫度之后，停止采集；
(5)采集完成后結束實驗，處理器對采集的溫度數據進行分析，得到的溫度-時間曲線圖如圖3所示。對本實驗結果進行分析在制冷器10的作用下，小瓶4中的水在凝固成冰的過程中，溫度持續降低，當溫度低于4°C，溫度降低的速度變慢。在小瓶4里的冰自然升溫過程中，溫度先快速升高，達到0°C時，溫度變化速度變慢，當溫度為4°C左右吋，小瓶子呈現冰 水混合狀態，待吸熱一段時間后，冰完全熔化成水，溫度慢慢的回復至室溫。通過本實驗可以知道冰是晶體；現實生活中，冰水混合物的溫度不一定是0°C。本實驗器的注意事項和維修保養事項為
(1)通電實驗前，利用注射器通過面板上的小孔可向水槽中注水，使水面距離水槽ロ約5mm 全 10mm.
(2)裝入小瓶子內的水不要超過小瓶容積的一半。(3)不使用時應將小瓶子內的水、水槽里的水倒掉,晾干后保存。除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。
權利要求
1.一種水凝固與冰熔化的實驗器，其特征在于包括水槽(5)、制冰器(10)、透明的小瓶(4)和溫度傳感器(3)，所述水槽(5)的開口處設置所述制冰器(10)，所述水槽(5)開口的大小與所述制冰器(10)的大小匹配；所述制冰器(10)的底部設置散熱器(8)，所述制冰器(10)的頂部設置固定座；所述小瓶(4)固定安裝于所述固定座上，其頂端設置一個橡皮塞(7);所述橡皮塞(7)中心設置一個穿孔，所述溫度傳感器(3)的探頭通過所述穿孔與所述小瓶(4)內部的實驗介質接觸。
2.根據權利要求I所述的一種水凝固與冰熔化的實驗器，其特征在于所述實驗器還包括一個注射器(6 )，所述制冰器(10 )上設置一個與所述水槽(5 )連通的小孔，所述注射器(6)通過膠管穿過所述小孔與所述水槽(5)連通。
3.根據權利要求所述的一種水凝固與冰熔化的實驗器，其特征在于所述注射器(6)的容積為20ml。
4.根據權利要求I所述的一種水凝固與冰熔化的實驗器，其特征在于所述小瓶的材質為亞克力。
5.一種水凝固與冰熔化的實驗方法，其特征在于，按如下步驟進行 (1)利用注射器6通過制冰器10上的孔向水槽5中注水，使水面距離水槽口約5mm至IOmm ； (2)向小瓶4中注入水，將溫度傳感器3的探頭穿過橡皮塞插入到小瓶4中，與小瓶內的水接觸。
6.(3)接通電源，制冰器10開始制冰，觀察小瓶4中水的物態變化和溫度傳感器采集的溫度數據變化； (4)待小瓶4中的水完全凝固成冰后，切斷實驗器電源，使其自然升溫，觀察此過程中水的物態變化和溫度傳感器采集的溫度數據變化，待冰完全熔化成水，水的溫度恢復到初始溫度之后，實驗完成； (5)實驗證明水在凝固成冰的過程中，溫度持續降低，當溫度低于4°C，溫度降低的速度變慢；冰自然升溫過程中，溫度先快速升高，達到0°C時，溫度變化速度變慢，當溫度為4°C左右時，小瓶子呈現冰水混合狀態，待吸熱一段時間后，冰完全熔化成水。
7.根據權利要求5所述的一種水凝固與冰熔化的實驗方法，其特征在于，步驟(2)中注入小瓶4內的水不要超過小瓶4容積的一半。
全文摘要
本發明公開了一種水凝固與冰熔化的實驗器，包括水槽5、制冰器10、透明的小瓶4和溫度傳感器3，所述水槽5的開口處設置所述制冰器10，所述水槽5開口的大小與所述制冰器10的大小匹配；所述制冰器10的底部設置散熱器8，所述制冰器10的頂部設置固定座；所述小瓶4固定安裝于所述固定座上，其頂端設置一個橡皮塞7；所述橡皮塞7中心設置一個穿孔，所述溫度傳感器3的探頭通過所述穿孔與所述小瓶4內部的實驗介質接觸。同時，本發明還公開了一種水凝固與冰融化的實驗方法。本發明結構簡單，操作方便，觀察直觀，適合中學生操作。
文檔編號G09B23/16GK102855792SQ20121034136
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月14日 優先權日2012年9月14日
發明者王新武 申請人:江蘇蘇威爾科技有限公司