关于手机传感器App的利用——以气压与沸点的定量关系为例

田 川

(重庆市第八中学校 重庆 400030)

在中学的教学中，我们对“气压升高，沸点升高”的结论并不陌生[1]，然而如果要说出在具体气压值下的沸点就不是一件容易的事.对我们教师来说测气压并不是一件容易的事.在手机的App应用中下载一款名为“实时气压计”的传感器App,如图1所示.这些问题也就解决了.下面我们就利用这款软件采集水在常温下沸腾时所对应的气压值.

图1 实时气压计

1 进行实验

实验器材：玻璃罩、抽气机、一杯常温的水、温度计、打开手机上的实时气压计.

先用温度计测出水的温度为24.3 ℃，如图2所示.

将盛有水的烧杯置于底板上，将手机斜靠在烧杯边上，盖上玻璃罩，确认系统良好密闭后，打开抽气机抽气，观察玻璃罩内烧杯中水的状况[2]，当烧杯中的水开始沸腾时，记录气压值为0.029个标准大气压，如图3所示.

图2 测初温

图3 测常温的水沸腾时的气压

实验表明，水在0.029个标准大气压下的沸点为24.3 ℃.这款软件测得的数据可靠吗？下面我们从理论的角度计算一下.

2 理论计算

即

若此1 mol的水是在0.029个标准大气压下沸腾，则可知，在0.029个标准大气压下沸腾汽化引起的熵增加应与在一个标准大气压下汽化引起的熵增加是一样的，都是ΔS[4].

其中

所以

可得

所以

其中T′与373 K很接近，所以

所以

另外

8.3×3.54=29.382 J/(K·mol)

即

108.85 J/(K·mol)+29.382 J/(K·mol)=

解得

T′=293.71 K

摄氏温度即为

t=20.71 ℃

3 误差分析及实验评价

T′=293 K

这样经过简化修正后

T′≈298 K

摄氏温度为t=25 ℃.可以看出这与温度计测出的初温24.3 ℃是很接近的.这个结果表明手机上下载的实时气压计App是比较可靠的.

4 利用手机内置气压传感器探究“生活中的物理”

值得一提的是,在网站上下载的气压计App本身并不是传感器.智能手机本身就内置有气压传感器，气压计App实际上就是一个可以启动、链接、显示气压值的程序罢了.

智能手机将传统的DIS实验所需的传感器、数据采集器、连接线、电脑、显示器等设备集成一体，携带方便、操作简单、稳定性好、精度高.以本文介绍的实时气压计为例，该软件的灵敏度非常高，仅仅是用手将其举起，便可以看到气压值的显著下降，再搭配手机的投屏App，学生就可以清楚地看见实验现象，取得的教学效果非常好.

所以，建议教科书在“大气压随海拔高度的增大而减小”的物理·生活·社会、STSE等栏目中介绍这款软件.

除了在课堂上进行的实验外，在课后读者也可以利用实时气压计去设计一些探究实验.笔者就做了这样一个实验，站在教学楼的一楼时,实时气压计显示的气压值为98 561.5 Pa，站在八楼时,实时气压计显示98 251.9 Pa，气压变化为309.6 Pa，根据公式

Δp=ρgΔh

查找到空气密度和当地的重力加速度可以算出教学楼的层高约为3.51 m，这和3.6 m的国家标准很接近.

据说，在暴风雨来临之前，气压会显著变化，这个观点是真的吗，读者也可以亲自去测一测，试一试.当然还可以测量一下，季节、天气、气温对大气压的影响.在海边的游客可以测一测当地的气压是不是一个标准大气压.或者某地一天中大气压的波动范围.

手机内置的气压传感器的通气孔在哪里呢？笔者通过反复实验发现HUAWEI-mate9手机的气压传感器的通气孔位置就是手机的听筒.因此，用吹风机沿着手机听筒表面吹风，可以探究“气压与流速的关系”.如图4所示，开启吹风机的小风档位后，气压值开始降低，不久后气压稳定，再调至大风档位，气压进一步降低，关闭吹风机后，气压随之恢复，并最终恢复到初始的气压值.

除了本文提到的气压传感器之外，手机App库中还有许多与物理教研有关的软件.本文提及的实时气压计只是其中一例.因此，笔者建议教科书在“信息窗”“STSE”“做一做”“科学漫步”“信息速递”等栏目中加入与物理学实验有关的手机传感器App的介绍.

图4 利用实时气压计探究气压与流速的关系

5 结束语

核心素养导向下的物理探究实验能够帮助学生习得科学知识、掌握研究方法、树立科学思想、崇尚科学精神，并逐步形成适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力.物理实验探究是一项学习内容，一种学习方法，是生成学科品质与能力的关键环节，更是培养核心素养的有效途径.基于此，探究实验与相关仪器设备须不断更新、优化，与时俱进.探究实验的教学也应该相时而动，实验教学及其仪器的创新与改进势在必行，并且一直在路上.

本文以气压与沸点的定量关系为例，介绍了手机传感器App在物理教学中的应用，同时也体会到物理与生活，物理与现代信息技术相融合的理念和乐趣.