液体压强探究用实验装置和方法与流程

本发明属于实验教学器材技术领域，尤其是涉及一种液体压强探究用实验装置和方法

背景技术：

初高中的教学中，压强教学也是很重要的一部分，在让学生理解到大气存在压强之后，还需要让学生深刻地学习到不仅大气存在压强，液体也存在压强。目前，老师在教学过程中，通常使用一个由防水布包底的瓶子，然后向瓶中灌水，水的压力会将防水布向下压弯以向学生证明溶液对可乐瓶的底部具有压强，但是上述实验过程学生只能看到防水布的变化，太过抽象，容易使学生陷入混乱，理解不了压强，不便于学生学习压强知识，无法通过数据真切地看到溶液压强的存在。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种液体压强探究实验方法；

本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种液体压强探究用实验装置。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种液体压强探究用实验装置，包括盛装有水溶液的盛水盆，所述盛水盆中具有无底钟罩，所述盛水盆中位于所述无底钟罩内放置有底座，所述底座上具有氧气消耗装置和第一控制器，所述第一控制器连接有第一气压检测模块、第一无线模块和第一供电模块，所述第一无线模块连接于第二无线模块，所述第二无线模块连接有第二控制器，所述第二控制器连接有第二气压检测模块、第二供电模块和显示模块。

在上述的液体压强探究用实验装置中，所述盛水盆中的水溶液高度低于底座上端面，且当无底钟罩内的氧气被消耗完以后，水溶液的上升高度仍然低于底座上端面。

在上述的液体压强探究用实验装置中，所述底座包括呈中空结构的矩形框和位于所述矩形框中的支撑平台，所述矩形框的一个侧面自一端端部向另一端端部延伸有平台入口槽，所述底座周向内侧至少位于所述平台入口槽的两侧具有用于支撑所述支撑平台的周向支撑条，且所述周向支撑条的上表面与所述平台入口槽的上表面相齐平。

在上述的液体压强探究用实验装置中，位于平台入口槽两侧的周向支撑条上具有轴向滑槽，所述支撑平台的两侧底部具有与所述轴向滑槽相适应的轴向条。

在上述的液体压强探究用实验装置中，所述支撑平台包括网格和用于将所述网格周向包覆的框体，且所述轴向滑槽位于所述框体上。

在上述的液体压强探究用实验装置中，所述氧气消耗装置为能够燃烧的蜡烛，所述蜡烛位于一蜡烛台内，所述蜡烛台底部具有能够嵌入网格的凸起块；所述第一控制器、第一气压检测模块、第一无线模块和第一供电模块均位于一pcb板上，所述pcb板的底部具有能够嵌入网格的凸起块。

在上述的液体压强探究用实验装置中，所述的盛水盆为玻璃盆，所述无底钟罩为玻璃钟罩；所述的无底钟罩上端具有开口，且开口处通过橡胶塞密封。

在上述的液体压强探究用实验装置中，所述第一无线模块和第二无线模块均为2.4g无线模块或zigbee数传模块。

在上述的液体压强探究用实验装置中，所述第一控制器和第二控制器分别包括cc2530芯片，且第一控制器的cc2530芯片连接于所述第一供电模块和第一检测模块，第二控制器的cc2530芯片连接于第二气压检测模块、第二供电模块和显示模块。

在上述的液体压强探究用实验装置中，所述的无底钟罩底部周向一圈具有能够将无底钟罩与外部空间隔离的密封圈。

一种液体压强探究用实验方法，包括以下步骤：

s1.准备好实验装置，分别观察及记录显示模块上第一气压检测模块和第二气压检测模块的检测数值；

s2.打开无底钟罩点燃蜡烛后快速盖上钟罩；提供专门的实验装置，能够同时检测无底钟罩内部和外部的气体压强，便于学生随时获取无底钟罩内部的气压变化，同时学习到钟罩内水溶液的高度变化与无底钟罩内气压数据的关系，以帮助学生探究液体是否能产生压强，提高学生对溶液能够产生压强这个结论的理解程度

s3.随着蜡烛的燃烧，内部液面逐渐上升，同时观察第一气压检测模块的检测数值变化；

s4.内外液面恢复平稳后，再次观察及记录显示模块上第一气压检测模块和第二气压检测模块的检测数值。

本发明的优点在于：提供专门的实验装置，能够同时检测无底钟罩内部和外部的气体压强，便于学生随时获取无底钟罩内部的气压变化，同时学习到钟罩内水溶液的高度变化与无底钟罩内气压数据的关系，以帮助学生探究液体是否能产生压强，提高学生对溶液能够产生压强这个结论的理解程度。

附图说明

图1是本发明实验装置的结构示意图；

图2是本发明实验装置的电路连接示意图；

图3是本发明实验装置蜡烛燃烧以后无底钟罩内外液面的高度差示意图；

图4是本发明矩形框的结构示意图；

图5是本发明支撑平台的结构示意图；

图6是本发明蜡烛台的结构示意图。

附图标记：盛水盆1；无底钟罩2；底座3；矩形框31；支撑平台32；网格321；框体322；平台入口槽33；周向支撑条34；轴向滑槽35；轴向条36；氧气消耗装置4；蜡烛台41；凸起块42；第一控制器5；第一气压检测模块51；第一无线模块52；第一供电模块53；第二控制器6；第二气压检测模块61；第二无线模块62；第二供电模块63；显示模块64；内部液面7；外部液面8；液面高度差h；pcb板9。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1和图2所示，本实施例公开了一种液体压强探究用实验装置，包括盛装有水溶液的盛水盆1，所述盛水盆1中具有无底钟罩2，所述盛水盆1中位于所述无底钟罩2内放置有底座3，所述底座3上具有氧气消耗装置4和第一控制器5，所述第一控制器5连接有第一气压检测模块51、第一无线模块52和第一供电模块53。前述电子元件和氧气消耗装置4均安装在底座3，且各电子元件均位于一pcb板9上，通过pcb板9上的内置电路或者外部锡线等导电线路实现相互连接。

所述第一无线模块52连接于第二无线模块62，所述第二无线模块62连接有第二控制器6，所述第二控制器6连接有第二气压检测模块61、第二供电模块63和显示模块64。

具体地，第一无线模块52和第二无线模块62均为2.4g无线模块或zigbee数传模块，显示模块64为oled显示屏。第一气压检测模块51将检测到的气压数据传输给第一控制器5，第一控制器5将气压数据传输给第一无线模块52，第一无线模块52再将气压数据传输给第二无线模块62，第二无线模块62将气压数据传输给第二控制器6，同时第二气压检测模块61将检测到的气压数据也传输给第二控制器6，第二控制器6通过oled显示屏分别显示第一气压检测模块51检测到的气压数据和第二气压检测模块61检测到的气压数据。第一供电模块53为位于无底钟罩2内的各电子元件供电，第二供电模块63为外部电子元件供电，学生可以通过观察oled显示屏获取无底钟罩2内部和外部的大气压强。

进一步地，第一控制器5和第二控制器6可以采用一些微处理器，例如cc2530芯片，cc2530芯片是结合了无线收发功能的微控制器，所以若采用cc2530芯片就不需要额外的无线模块，第一控制器5的cc2530芯片连接于第一供电模块53和第一检测模块51，第二控制器6的cc2530芯片连接于第二气压检测模块61、第二供电模块63和显示模块64。

优选地，盛水盆1中的水溶液高度低于底座3上端面，且当无底钟罩2内的氧气被消耗完以后，水溶液的上升高度仍然低于底座3上端面，底座采用不透水不吸水的塑料制成。这样能够避免水溶液浸湿电子设备，影响测量和传输结果。

具体地，盛水盆1为玻璃盆，所述无底钟罩2为玻璃钟罩。采用透明的玻璃盆和玻璃钟罩便于观察实验过程及结果。

进一步地，无底钟罩2上端具有开口，且开口处通过橡胶塞密封，当实验结束后，可以通过打开橡胶塞使液面回到初始位置。

优选地，如图4和图5所示，底座3包括呈中空结构-无底无盖的矩形框31和位于所述矩形框31中的支撑平台32，所述矩形框31的一个侧面自一端端部向另一端端部延伸有平台入口槽33，矩形框31周向内侧至少位于所述平台入口槽33的两侧具有用于支撑所述支撑平台32的周向支撑条34，且所述周向支撑条34的上表面与所述平台入口槽33的上表面相齐平。支撑平台32从平台入口槽33横向插向矩形框31直至支撑平台32的一端与平台入口槽33的相对面相接触，支撑平台32的两侧均通过周向支撑条34支撑。

进一步地，位于平台入口槽33两侧的周向支撑条34上具有轴向滑槽35，所述支撑平台32的两侧底部具有与所述轴向滑槽35相适应的轴向条36。优选地，轴向滑槽35呈上小下大的母燕尾结构，轴向条36呈与母燕尾结构相适应的公燕尾结构。这样，当支撑平台32插入矩形框31的时候就能够被轴向滑槽35和轴向条36限位在该高度，提高支撑平台32的稳定性。

优选地，如图5所示，支撑平台32包括网格321和用于将所述网格321周向包覆的框体322，且所述轴向滑槽35位于所述框体322上。提供网格结构的支撑平台32，提高支撑平台32与其上方物质的摩擦力，这样，氧气消耗装置4和pcb板9直接放置在支撑平台32就有较高的稳定性。

进一步地，氧气消耗装置4为能够燃烧的蜡烛，蜡烛位于一蜡烛台41内。如图6所示，为了提高蜡烛台41在底座3上的稳定性，蜡烛台41底部具有能够嵌入网格321的凸起块42；所述第一控制器5、第一气压检测模块51、第一无线模块52和第一供电模块53均位于一pcb板9上，同样地，pcb板9的底部具有能够嵌入网格321的凸起块42，相应地，这里的网格321由具有一定弹性的塑料制成以供凸起块42插拔。蜡烛台41底部的凸起块42与蜡烛台41一体成型，pcb板9上的凸起块42可由锡线熔化在pcb板9背部后冷却而得，或者将凸起块42固定块通过粘接胶、螺栓等方式固定在pcb板9上。凸起块42的大小与网格321大小相适应，凸起块呈半球状，直径略大于网格321宽度，在稍用力的情况下能够将凸起块42嵌入网格321中从而完成pcb板9与蜡烛的安装，在结束实验的时候，稍用力拔出凸起块42即可。

利用本装置进行液体压强探究的实验方法如下：

s1.准备好实验装置，分别观察及记录显示模块64上第一气压检测模块51和第二气压检测模块61的检测数值；此时两个气压数据是一样的，无底钟罩2内外的液面也是平的。

s2.打开无底钟罩2点燃蜡烛后快速盖上钟罩；可以从下面打开无底钟罩2，也可以通过橡胶塞打开无底钟罩2来点燃蜡烛。

s3.随着蜡烛的燃烧，内部液面逐渐上升，同时观察第一气压检测模块51的检测数值变化；

s4.内外液面恢复平稳后，再次观察及记录显示模块64上第一气压检测模块51和第二气压检测模块61的检测数值。

如图3所示，蜡烛在燃烧的过程中消耗了氧气，使无底钟罩2内的气体压强减小，因此外部溶液进入无底钟罩2内，以平衡无底钟罩2内部气压与外部气压，在这个过程中，第一气压检测模块51的检测数值一直在上下波动，直到内部氧气被消耗完，蜡烛燃烧结束，内外气压数据又恢复到一样的状态。由前述实验现象可以知道，后进入的水溶液为无底钟罩2填补了因为氧气消耗而减小了的气压，所以由此可以总结实验结果：液体与气体一样存在压强。

或者，为了进一步加强实验效果，可以在无底钟罩2的底部一圈包覆密封圈以隔离无底钟罩2和盛水盆1，这样在无底钟罩2中的蜡烛燃烧以后盛水盆1中的水溶液不会立即进入无底钟罩2中，能够观察到第一检测模块51检测到的气压数据逐渐减小，直到蜡烛熄灭，气压数据降到最低，此时，第一检测模块51和第二检测模块61之间的气压数据存在气压差。然后掀开一点点无底钟罩2以连通无底钟罩2内部与盛水盆1，当然掀开的过程中无底钟罩2与外界之间还是通过水溶液隔离着的，使盛水盆1中的水溶液能够进入到无底钟罩2内，此时可以看到第一检测模块51的气压数据又逐渐增大，当内部液面不再上升的时候，第一检测模块51的气压数据恢复到与第二检测模块61的气压数据一样，也就是说，可以进一步得出上升液面所产生的压强等于或近似等于之前的气压差。

本实施例通过燃烧消耗氧气的方式使无底钟罩2内的大气压强减小，从而通过溶液来平衡减小的气体压强以此验证溶液存在压强，同时通过第一气压检测模块51实时检测无底钟罩2内的气体压强，使学生能够观察到内部气体压强的变化，提高学生对溶液能够产生压强这个结论的理解程度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了盛水盆1；无底钟罩2；底座3；氧气消耗装置4；第一控制器5；第一气压检测模块51；第一无线模块52；第一供电模块53；第二控制器6；第二气压检测模块61；第二无线模块62；第二供电模块63；显示模块64等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。