物理化学实验范文1
Abstract: Five measures can be taken to improve the determination on liquid saturated steams of the barometric pressure.:1. Poisoned Benzene will be changed into non-toxic alcohol;2. Uneasy-reading mercury thermometer will be changed into simply-reading digit thermometer;3. U-shaped mercury pressure readers will be replaced by DP-A digital pressure precision instrument;4. Ordinary buffer-bottles will be replaced by stainless buffer gas;5. Advanced experimental data-processing with Microsoft Excel will be used to replace the traditional handicraft graph-drawing. In these ways they not only embodied green and environmental protection, but also enhance the accuracy of laboratory results.
关键词: 饱和蒸气压;物理化学实验;改进
Key words: saturated vapor pressure;physical chemistry experiment;improvement
中图分类号:O64文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)08-0185-02
1实验目的
1.1 用等压计测定不同温度时液体的饱和蒸气压,绘制蒸气压与温度的关系曲线,并计算液体的摩尔蒸发焓。
1.2 熟悉等压计测定饱和蒸气压的原理。
2实验原理
一定温度下,纯液体当只与其蒸气呈平衡时蒸气的压力就是该温度下液体的饱和蒸气压。温度升高,则液体的饱和蒸气压也增高,饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯-克拉佩龙方程式表示:
=
其中:H为温度T时液体的摩尔蒸发焓。(J/mol)
R为气体常数(8.314J/K•mol)
若在一定温度范围内,把H当作常数将上式作不一定积分得:
lnp=+C或lnp+C
式中:
A=-
C为积分常数
由实验测得一系列温度及饱和蒸气压数据。作lnp～1/T图,可得一直线,其斜率为A,由此可求算H。
3实验
3.1 仪器与试剂
等压计、恒温水浴一套、数据温度计、无水乙醇、缓冲储气罐、DP-A精密数字压力计、DP-AF饱和蒸气压组合实验装置(如图1)。
3.2 实验装置
3.3 实验步骤
①等压计中盛乙醇,方法如下:等压计洗净,烘干后,在电炉上将其管1微烘烤,逐出其中的部分空气,迅速将等压计管口插入盛乙醇的烧杯中,乙醇即被吸入,反复操作二、三次,管1中盛有2/3的乙醇为宜(教师已装好)。
②将进气阀打开,平衡阀1、平衡阀2关闭,连接真空泵,减压1~2分钟后,将进气阀关闭,然后关闭真空泵。
③将橡皮管接上不锈钢缓冲储气罐,接法如装置图,DP-A精密数字压力计默认单位为“kPa”。
④将平衡阀2打开少许,使体系减压75 kPa左右,立即关闭平衡阀2。
⑤当温度升至50oC左右时,等压计内的液体慢慢沸腾,当气泡自等压计的3管中大量逸出时,使温度基本稳定,缓缓打开平衡阀1,使空气慢慢漏入(注意打开平衡阀1一定要慢,以免空气漏入过猛)直至等压计3,2两臂的液面等高,立即关闭阀门1(此时即表示管内的苯的饱和蒸气压与管3上方的压力相等)。
⑥升温3 oC,待有大量气泡逸出,达到恒温时缓缓打开平衡阀1,使空气漏入直至等压计3,2两臂的液面等高,关闭阀门1,立即读出温度与压差,并立即加热。
⑦ 重复上述步骤,直到DP-A精密数字压力计读数为零。
⑧ 将温度升至80oC,分别拔去压力装置1和压力装置2的橡皮管,关闭DP-A精密数字压力计,同时关闭加热器,待等压计2、3液面相平时读出温度,此温度即为乙醇的正常沸点。
4数据处理
(下面是某次实验的实验结果;室内气压:100.978 kPa(见表1)
绘制lnp～1/T直线图(如图2)。
由图中之斜率计算乙醇在实验温度范围内的平均摩尔蒸发焓=40455J.mol-1 。
5思考题
(1)液体饱和蒸气压与哪些因素有关?
(2)等压计的管2与管3液面相平表示什么?
(3)分析实验可能产生的误差原因?
(4)如何测定乙醇的正常沸点?
6结语
对传统的物理化学实验之一――液体饱和蒸气压的测定进行五点改进:①本着绿色环保、以师生健康为本为出发点将有毒的苯改成无毒的乙醇;②将不易读数的水银温度计改成简单易读的数据温度计使实验数据的采集更加便捷准确;③将水银U形压力计该成DP-A精密数字压力计,既消除了汞的污染又使压力的读取更加准确;④将普通的缓冲瓶该成缓冲储气罐;⑤用Excel处理实验数据代替手工作图,提高了数据处理的准确性。
参考文献:
[1]郑秋容,谢为明,朱建耀等.介绍一个物理化学实验――粒度分析[J].实验技术与管理,2006,23(4):28-31.
[2]朴银实,郑秋容,谢为明.用Microsoft Excel处理物理化学实验数据[J].实验技术与管理,1999,16(6):63-65.
[3]北京大学化学学院物理化学实验教学组.物理化学实验[M].北京,北京大学出版社,2002:44-46.
[4]复旦大学等编.物理化学实验[M].北京,高等教育出版社,2004:28-31.
[5]天津大学物理化学教研室.物理化学[M].北京,高等教育出版社,2001:143-146.
物理化学实验范文2
实验者:张子科、刘开鑫 实验时间: 2000/4/17
气温: 21.7 ℃ 大气压: 101.7 kpa
实验一 恒温水浴的组装及其性能测试
1目的要求
了解恒温水浴的构造及其构造原理，学会恒温水浴的装配技术； 测绘恒温水浴的灵敏度曲线； 掌握贝克曼温度计的调节技术和正确使用方法。
2仪器与试剂
5升大烧杯 贝克曼温度计 精密温度计 加热器
水银接触温度计 继电器 搅拌器 调压变压器
3数据处理:
实验时间
4/17/2000
室温 ℃
21.7
大气压pa
101.7*10^3
1
2.950
2.840
2.770
2.640
2.510
2.650
2.620
2.530
2.420
2.310
2.560
2.510
2.420
2.310
2.200
2
3.130
2.980
2.950
3.110
2.930
3.730
3.090
2.930
3.600
3.050
2.880
3.220
2.970
3.150
3.170
3
2.860
2.950
3.210
2.860
2.940
3.150
2.840
2.920
3.040
2.930
2.910
3.040
2.910
2.860
2.970
曲线图:
4思考:
物理化学实验范文3
近几年东北大学在物理化学实验教学改革中引入绿色化学思想，在满足物理化学实验教学大纲基本要求、保证实验教学效果的前提下，合理选择和设计实验内容，采取环境友好的化学实验新技术、新方法，尽量减少或消除对环境或人体有毒、有害的化学物质的使用。在实验教学方式上，注意培养学生实验操作规范性，提高学生的绿色化意识。在教学实践过程中，提出了物理化学实验绿色化教学的一些具体措施。例如，更新实验设备、优化实验内容、实验微型化小型化设计、综合经典实验等。经过长期的努力和探索，增强了学生的绿色实验意识和环保意识，同时也改善了实验教学环境，基本实现物理化学实验教学的绿色化。
［关键词］物理化学实验；绿色化学；教学改革
随着科学技术的发展和社会的进步，人们越来越清醒地认识到经济发展所带来的环境污染问题已经对人类生存和社会发展构成了巨大威胁。引起生态环境破坏的污染物中很大一部分都是在人类自身的生产、生活过程中产生的。因此建设绿色生态环境已成为人与自然和谐发展的基本前提。绿色化学（GreenChemistry）就是近些年发展起来的与防治污染、保护生态环境密切相关的一门学科，目前已经成为国际化学学科领域研究的热点。绿色化学又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”等。绿色化学倡导利用化学的技术和方法减少或避免在工业生产及日常生活过程中使用、生产对人类健康、社区安全、生态环境有害的化学物质。[1][2][3][4]高等院校中物理化学实验的绿色化改革正是契合了绿色化学的研究发展方向，向化学实验的无毒、无害化迈出了积极的一步。其目的是将绿色化学的研究思想传递给学生，使学生在今后的科学研究、生产、生活中也能积极主动地践行绿色化学观念；其方法是将绿色化学的实验设计理念融入基础物理化学实验教学进程之中；其核心内容是最大限度地减少或避免使用有毒、有害的化学物质，最大限度地减少或避免产生化学废物，也无需再处理废物，从源头处减少或消除环境污染。
一、物理化学实验教学绿色化的总体设想
物理化学是东北大学应用化学、生物工程、材料科学、冶金工程、环境科学、资源与矿物等专业的基础课程之一。而物理化学实验是物理化学教学的重要组成部分，是培养学生实践能力和科研能力的重要教学环节。[5]学校的化学实验中心每年为全校12个专业的近1200名学生开设数十个不同的物理化学实验项目。其中的“液体饱和蒸气压的测定”、“酸碱中和反应热效应的测定”、“铋－锡二元相图的绘制”等这些我们耳熟能详的、经典的物理化学实验项目曾经见证过几代学子的成长。毋庸置疑，这些实验设计得简单易行。通过实际的操作，实验者很容易理解其中蕴含的物理化学原理。然而，这些实验过程中都不可避免地会使用或产生某些有毒、有害的物质。如果不对这些物质进行无害化处理而直接排放，日积月累，不仅会影响师生的身体健康，还会污染周围环境。因此，物理化学实验绿色化是化学实验教学改革发展的必然趋势。在长期的物理化学实验教学改革过程中，我校化学实验中心高度重视贯彻绿色化学的教学理念，将绿色化学作为实验教学改革的重要组成部分。在对物理化学实验教学进行绿色化改革的进程中，我们从实验内容、实验设计、实验设备、经典实验项目整合、教学方法和教学理念等方面进行了积极的研究和探索，并取得了一定的效果。
二、物理化学实验教学绿色化的实践
（一）实验内容的绿色化
在实验项目的选择和实验内容的调整方面，尽量排除或减少对环境污染大、对人体毒性大的实验项目。在不影响实验效果的前提下，选用环境友好的试剂替代有毒或后处理困难的试剂，从而实现物理化学实验的绿色化。例如，“弛豫法测定铬酸根－重铬酸根离子反应速率常数”是以往我校应用化学专业学生必修的一个化学动力学实验项目。这个实验过程中需要使用的主要化学试剂是重铬酸钾。然而，通过对重铬酸钾性质的学习不难知道，它不仅有化学毒性和致癌性，而且还是一种强氧化剂，长期吸入，能破坏鼻粘膜，引起鼻膜炎和鼻中隔软骨穿孔，使呼吸器官受到损伤，甚至造成肺硬化。皮肤接触重铬酸钾溶液时易引起铬疮和皮炎。不仅如此，化学实验中心每年还需要投入高昂的实验经费用于处理由此产生的铬酸废液。因此，为保证实验教师和学生的身体免受危害，现已将其改为另一动力学实验“旋光光度法测定蔗糖水解反应的速率常数”，实验中用到的原料蔗糖无毒，而且使学生有机会学习旋光仪的使用方法。又如，在“气泡最大压力法测定溶液的表面张力”实验中，原来所使用正丁醇水溶液的最大浓度达到了0．35mol•dm－3。为了降低正丁醇使用浓度，我们曾对实验方案和实验装置进行了多次改进，使正丁醇的最大浓度降至0．1mol•dm－3。而且，实验操作也更加简便易行，实验中气泡的逸出平稳、连续。上述改进已经过多次教学实践检验，结果表明，正丁醇浓度的降低不仅节约了实验药品，而且低浓度正丁醇水溶液的表面吸附量随浓度的变化规律更符合吉布斯吸附等温式，有利于得出好的实验结果。
（二）实验微型化、小型化设计，减少药品用量
所谓微型化实验是指在微型的仪器设备中，用尽可能少的试剂获取所需的化学信息的实验方法。在保证可观测到与普通实验相同的实验现象的前提下，微型化实验还具有节约实验材料和时间、减少环境污染、操作安全等优点。所以，开展微型化实验是实现化学实验绿色化的好方法。在长期的物理化学实验教学过程中，在保证实验方案合理、实验结果稳定、实验效果显著的前提下，我们积极推行实验的微型化、小型化设计。例如，在“差热分析”实验中采用微型化实验样品管后，每份CaC2O4样品使用量减少到不超过0．05克，每学期仅CaC2O4试剂的使用量就减少到原来的十分之一。对于目前尚无法实现微型化的实验项目，我们采取了小型化设计或减少化学试剂使用量等方法，以期将物理化学实验对环境的污染降至最低。例如，在“金属二元相图的绘制”实验中，由于金属铋和锡具有熔点低、化学稳定性好、数据重现性好、原料易得、价格低廉等特点，所以，铋－锡二元系统一直以来都是我们进行此项实验教学的首选系统。若使用以往的实验设备，在实验过程中，以各种比例混合的金属铋和金属锡试样被放置在瓷坩埚中，上面覆盖一层硅油，以防止加热过程中金属样品被氧化。但是，通过查阅相关化学数据手册可知，金属铋的熔点为271℃，而硅油的燃点为320℃，仅仅比铋的熔点高约50℃。这意味着，在加热纯铋试样时，若操作者没有控制好升温速率而导致系统温度上升过快，那么样品温度很容易冲高至硅油燃点而引燃硅油。这不仅会造成大量硅油的损耗，容易引起教学事故，而且硅油高温挥发及不完全燃烧的产物还会污染空气。为此，我们放弃使用瓷坩埚而改用金属样品管盛装样品。这样不仅使单个样品的质量从过去的120克减少到几克，而且使用时很容易将金属样品管抽真空后密封，并循环使用。这种全封闭的手段有效避免了大量使用硅油作为样品保护层所带来的空气污染问题的发生。又如，在“酸碱中和反应热效应的测定”实验中，我们更换了体积更小的杜瓦瓶，使氢氧化钠和盐酸的用量减少到原来的四分之一。减少试剂用量后的中和反应系统由于溶液体积大幅减少，搅拌效率更高，系统各处的温度更趋一致，对温度变化的监测更容易，温度数据也更准确。除此之外，我们对“凝固点降低法测定分子量”、“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”等实验项目也进行了小型化改进，不同程度地减少了化学试剂使用量，显著降低了实验成本，改善了实验环境。实践证明，物理化学实验的微型化、小型化设计不但可以达到与常规实验相同的实验目的和效果，而且可以大幅减少试剂用量、不同程度地减少实验过程中产生的化学废弃物、节约后处理费用、减少污染、改善实验环境，因此，此举已经成为物理化学实验教学改革的一个重要发展趋势。
（三）实验仪器和设备的选择
与其他化学分支学科的基础实验相比，物理化学实验需要的中、小型实验仪器设备种类较多。其中多个实验需要测定温度和压力。传统的测温、测压装置都是含汞的，不但操作步骤繁琐复杂，而且易造成实验室汞污染，危及教师及学生的身体健康。例如，在“液体饱和蒸气压测定”实验中，过去常用U型水银压力计测定系统压力差。此种压力计中需要使用大量的金属汞，汞面用水液封。然而，由于此装有汞的U型玻璃管不宜经常清洗，所以管壁会吸附环境中的气体分子及尘埃等颗粒物。而在实验过程中U型管内汞液面会不断变化，会有少量汞由于与管壁上的吸附物作用而产生挂壁现象，从而使汞暴露于空气中并挥发为汞蒸气，这会对人体产生极大危害。目前，我们物理化学实验室中全部的测压装置均用数字式低真空测压仪替代水银压力计，从根本上消除了汞蒸气可能对教师和学生产生的危害。又如，在“凝固点降低法测定物质的摩尔质量”、“酸碱中和反应热效应的测定”及“燃烧热的测定”等热力学实验中，过去一直使用贝克曼温度计来监测实验体系温度的变化。贝克曼温度计虽然测量精密度高，但在实际使用时，存在操作繁琐且易碎等缺点。目前我们用数字式温度温差测量仪替代贝克曼温度计，不仅使实验操作难度降低，实验过程简化，而且也规避了由于操作不当造成温度计破裂而引起环境污染的风险。上述实验仪器设备的替换无疑使物理化学实验的测温测压手段更安全、更方便。
（四）综合经典实验内容
通过长期的教学实践和教学研究我们发现，传统的物理化学实验门类齐全、架构完整，大量的基础实验内容至今仍值得我们继承和发展。但囿于当时实验条件的限制，导致许多简单的实验耗时费力。因此，我们在保留经典实验内容的前提下，致力于整合实验方案，不仅大幅减少了试剂用量，有效降低了环境污染风险，而且还提升了学生综合分析实验结果的能力。例如，“原电池电动势的测定”、“电解质溶液电导率的测定”及“原电池温度系数的测定”这三个实验同属于电化学基础实验，内容相对简单。但是在过去，由于实验设备和实验手段的落后，完成这三个实验中的任何一个都需要很长时间，所以每一个都被设计为一个相对独立的实验项目，而这显然不利于学生将所学到的电化学基础知识融会贯通。通过认真分析、研究这三个实验的目的及内容，我们将它们融合并设计成了一个新的电化学综合实验。经过精心的实验方案设计和内容的整合，这个新的综合实验得到了学生和教师的广泛好评。由于实验试剂循环使用，避免了浪费和对环境造成的污染，为化学实验中心节省了实验经费。同时，学生对理论课中学到的电化学基础知识也有了比较全面且更为深刻的理解。
（五）合理分工协作
在实验教学过程中，我们不仅对经典内容重新进行综合设计，而且还会根据不同实验的特点，实时调整学生所做实验的部分内容。例如，学生在进行“双液系气液平衡相图”实验过程中需要测定的实验点较多，做出一个完整相图大约需要6个小时的时间，显然在规定的4学时内是无法完成的。为此，我们设计由两组学生分别测定相图的左半支和右半支，之后将两组数据合并，从而做出一个完整的相图。这就要求每组学生在实验过程中都必须认真仔细地完成操作并记录好数据，否则可能会因而某一环节的失误而导致合作双方的数据都出现偏差。实践结果表明，这种分工合作，在保证实验教学质量的前提下，既节省了药品，又有利于培养学生的协作精神和良好的操作技能。因此，对于复杂的实验项目，我们认为这不失为一个值得尝试和推广的好办法。
（六）规范操作方法，提升绿色化意识
长期的教学实践表明，在物理化学实验教学过程中，严格规范实验操作方法、督促学生养成良好的实验习惯是学生科研素质教育的重要内容。规范的实验操作方法和良好的实验习惯不仅是提升学生实验操作技能的重要基础，也是培养学生自觉进行绿色化实验的前提。在实验过程中，指导教师要认真监督学生不要随意丢弃药品，并纠正学生中普遍存在的“药品用量越多，实验现象就越明显”的错误观念，杜绝学生在做实验时随意加大试剂用量的现象，鼓励学生用最少的试剂做出成功的实验。同时也要求学生每次实验之前都要充分预习，提高实验成功率，减少重复实验引起的药品损耗现象。此外，教育学生从实验过程中的每件小事做起，逐步树立起绿色化科研意识和对社会的责任感。
三、改革后的成效
多年以来，经过对物理化学实验教学改革的绿色化探索与实践，在提升了教师自身的绿色化学教学理念的同时，在培养学生的协作精神、综合科研素质等方面也取得了良好效果。这些效果体现在学生在校学习期间养成了良好的实验操作习惯，明晰并理解了实验设计中绿色化改进之处，学会了用绿色化学知识设计实验等方面。而且，近几年来，我们对大量本科生就业后反馈的信息进行了分析并从中了解到，经过我们多年的绿色化实验教学训练，毕业生们在各自的工作岗位上都表现出较高的实验技能和良好的团队合作精神，综合素质高，受到用人单位的广泛欢迎。
［注释］
［1］平措，马橘红．物理化学实验室绿色化建设初探［J］．实验技术与管理，2009（12）：132－133．
［2］张康华，曹小华，谢宝华，等．化学实验教学与绿色化学教育［J］．实验室研究与探索，2010（5）：123－125．
［3］徐英，王桂清，陈灵谦．物理化学实验教学改革的探索［J］．高校实验室工作研究，2010（4）：5－6．
［4］魏泽英，李树全，谢小燕，等．物理化学实验教学绿色化改革实践［J］．教育教学论坛，2014（1）：245－246．
物理化学实验范文4
[关键词]物理实验 探究学习 科学认知 教学难点
当前,在新一轮课改形势下,虽然“尊重学生的主体地位,促进学生主动发展”的探究学习已成为主旋律,但对于各方面条件较差的薄弱学校来说,开足、开齐物理实验课,还有许多问题:①教师说的实验多,做的实验少,学生亲自动手做的实验更少;②即使学生做实验,也是看热闹的多,动手、观察、思考的少,实验效果大打折扣;③教师的新课程理念不成熟,贯彻执行课改精神不坚决,组织、管理实验不到位,使学生处于“放羊式”的状态;④各种大型考试涉及实验的题针对性不强,“背实验”也能“应付”考试;⑤实验中暴露出来的问题不能及时得到解决,听之任之、不了了之,物理课改流于形式。有鉴于此,这种状况亟待改变。
一、强化物理实验是落实物理探究学习的必然选择
物理教学与实验是相辅相成的,要开展物理探究学习,就需要物理实验的支撑,必须利用物理实验这个平台,把学习过程中的发现、探究、研究等认识活动通过实验过程凸显出来,以使物理实验过程更多地成为学生发现问题,提出问题,分析问题,解决问题的过程。若离开了物理实验谈物理教学,把学生固定在一个纯理论的“物理世界”中,单纯强调接受性学习,就只能使学生越来越感到物理难学,而逐渐丧失了物理学习的兴趣,能力的培养也就成了一句空话。
要落实物理探究学习,就必须强化物理实验:①教师和学生都应端正实验态度,突出实验课的重要地位,利用现有器材或制作简易器材,扎扎实实地推进物理科学探究;②强化管理,使能力差和能力强的学生搭配分组,互帮互学,分工协作;③在每次实验前,教师都要精心准备实验,不仅要备学生、备器材,而且还要预见实验中可能出现的问题,预备和学生共同解决的方案;④提倡本学科的其它任课教师在每班实验时,都要对学生进行现场指导,以帮助他们找出错误或纠正方法,最终排除故障,并进行分析、论证。这样不仅大大提高了实验效果,促进了学生的操作、实践,更重要的是促使学生养成了正确的实验习惯,积累了经验,激发了实验、学习的兴趣。使学生在课外也能自觉进行一些小实验、小制作,从而拓展对教学内容的认识。
二、强化物理实验是学生形成科学认知的必然选择
物理实验为学生提供了最自主、能动的实践活动形式,如何将物理实验贯穿于物理教学的始终,让学生在实践中获得知识与技能,激发兴趣,培养科学素养,这就需要物理教师予以特别重视,开发和利用物理实验资源,精心组织实验,让学生动起来。现以人教版八年级物理第七章《欧姆定律》教学为例,以说明强化物理实验是学生形成科学认知的重要过程。
在探究电阻上的电流与两端电压的关系这一实验前,教师回顾前面电路中的电流、电压、电阻三者联系的有关认识,启发学生提出问题,并进行猜想和假设。同时,还要求学生思考需要哪些材料,并把有关的实验器材按电路设计装配起来,从而为学生观察、记录做好准备。
在实验过程中,学生可能会出现这样那样的问题,教师应及时给予帮助,以完善实验方法。在这一实验过程中,最终有三个小组的学生完成了实验,并测得了有关数据,如表1、表2、表3所示:
由表一、表二或表三的数据引导学生分析:在每个表中,电压如何变化?对应的电流又如何变化?此时的电压、电流、电阻三方数据有什么定量关系?然后由学生归纳得出结论。在这一过程中,教师特别提醒学生:能不能借助数学工具,在坐标平面内描点后,再绘出U―I图像。接着,在图像中进一步提出问题:电阻中的电流I与它两端的由压U存在什么关系?这种关系实质上是在控制什么量不变的前提下获得的?
如果时间允许,再引导学生将表1、表2、表3中的电压为2V时对应的电流0.4A、0.2A和0.13A制成表4:
由表四中的数据,让学生独立分析,归纳得到结论,并布置课外作业:能否在坐标平面内描点绘出I―R的图像?此图像与数学中的什么函数图像相同?
试问:如果不做实验,学生没有亲自动手记录数据,他们将如何经历探究学习的历程;如何正确使用各种器材,并弄清各器材的作用;如何从表格的数据中获取有关信息,培养分析问题的能力,确认结论的合理性、正确性,从而接受它、应用它;如何培养学生在实际问题中的观察能力和处理问题的能力?这样,协作能力的培养也只能是一句空话。当然,教师在实验结束时,还要鼓励学生交流、讨论、评估自己结论的合理性,以找出存在的不足和问题,并在以后的学习中加以改进。
三、强化物理实验是突破教学难点,扩展思维深度,发现新理论的必然选择
在《电阻》一节的教学中,笔者曾做过如下实验:将一旧日光灯灯丝和铅笔芯分别与灯泡、电流表串联接入电路,先通过观察灯泡的亮度和电流的表示数。然后,在用酒精灯加热它们时,再次观察灯炮亮度和电流表示数,经过比较,就可以发现导体的电阻与温度的关系,从而激起学生的兴趣。最后,笔者再引导他们得出大多数导体的电阻都随温度升高而增大,极少数导体的电阻则随温度升高而减小的结论。
教师进一步引导学生对表一、表二或表三中的数据进
本次实验,笔者没有引导学生分析数据,而是让他们自己去分析、讨论、评估这些数据,最终得到结论。批改实验报告时,教师发现:有的学生认为四次测得灯丝的电阻发生了变化,是由灯丝两端的电压变化引起的,电压大,灯丝电阻就大;有的学生则认为是电流变化所致;还有的学生认为是测量的误差造成的;也有学生通过所测数据发现电阻不变。针对这种情况,笔者再引导学生回到实验过程中去,并进行分析,从而收到了事半功倍的效果。
要突破教学难点,还需要让实验数据说话。在教学中,笔者将表一和表五中的内容同时展示在黑板上,让学生去比较、发现:在表一中,电阻上的电压在变大,电流也跟着变大,电阻值R即U/I的比值却几乎不变,表明R的大小与电压、电流的变化无关。在表五中,灯丝的电阻表面看是在随电压的变大而变大,实质上是由于灯丝在不同的电压下,电流不同、发热不同、温度相差很大,是温度导致了灯丝电阻不同:温度高,电阻就大。定值电阻则由于通常不怎么热,温度变化不明显,故每次测得的阻值相等,即使有微小差别,也是由于误差造成的。因此,对未知定值电阻阻值的测量,可以采用多次测量,求平均值的方法,从而减小误差,得出比较精确的数据。
物理化学实验范文5
关键词:创新能力;独立学院;物理化学
实验独立学院培养的主要是应用型人才，培养的学生不仅要了解企业市场的需求，更要掌握整个行业的现状和未来发展趋势，这就要求独立学院在人才培养上不仅要注意学科知识体系的系统性、完整性，还要注意培养学生的创新意识、创新精神及学生的实践能力［1］。物理化学实验是一门理论性、实践性和技术性都很强的独立的课程，综合了化学领域中各分支学科需要的基本研究技术和研究方法［2］。据调查，目前我国许多高校，尤其是独立学院的物理化学实验内容大多仍在沿用传统实验教材，验证性实验多，研究性实验少［3］，不能适应当前培养学生综合能力、创新能力的需要。另外受生源质量的影响，独立学院学生对理论性很强的实验内容缺乏兴趣，受实验经费和实验条件的限制，学生实验动手能力的培养和训练也不够，所以在独立学院探讨物理化学实验教学改革势在必行。近年来，国内许多高校对物理化学实验课程改革进行了有益的探索和研究，如北京大学改革物理化学实验内容和学时分配，增加了部分设计实验和综合实验［4］;同济大学、天津大学提出了多层次实验教学的教改方案等［5］。本文结合湖北师范大学文理学院在物理化学实验教学改革方面开展的相关工作，探讨了物理化学实验课程教学改革的内容，期望能够为新时期独立学院物理化学实验教学的改革提供一些可行的参考建议。
1优化实验教学内容体系
根据独立学院人才培养目标、专业特点及学生实际情况，科学设计教学目标，制定适合独立学院人才培养需要的物理化学实验教学内容体系。由于独立学院学生的学习基础参差不齐，有些学生的基础薄弱，实验技能比较差，因此要确立不同层次的实验教学。第一层次是基本技能训练，使学生熟练掌握化学实验的基本技能。第二层次是综合实验，使学生掌握现代实验技术，利用现代仪器及计算机控制实验条件，并处理数据。第三层次是研究设计性实验，由学生自行设计实验方案和准备实验，以培养学生的综合能力和创新能力。第四层次是学生自主实验，学生可根据自身的需要和兴趣自主安排实验内容，使实验课真正体现基础、综合、能力多层次的教学模式。注意反映学科发展现状及学科前沿，注重引入与其他学科交叉的综合性实验，注重体现现代化学实验技术的实验方法。结合专业要求进行实验教学，把培养学生的创新能力、综合设计能力和实际动手能力作为实验课程教学改革的目标。
2更新部分实验教学内容
对实验室仪器设备进行更新和补充。利用新的实验仪器设备，改变传统的物理化学实验仪器设备操作步骤烦琐的问题，对实验方法和操作步骤进行更新。如电动势的测定一般采用UJ－25型电位差计，仪器的操作烦琐复杂且费时，用数字式电位差计替代UJ－25等传统仪器，不仅使用方便、直观清晰、结果准确可靠，还可大大缩短实验教学时间，让学生有更多的时间和精力思考如何根据测量电动势的应用方法设计实验，充分发挥学生的主动性，调动他们的积极性，培养学生积极探索精神和开拓思维能力。实验教学中还尝试综合无机或有机化合物的制备、分离、提纯、物理化学性质的测试、结构表征等实验手段，更新综合性实验内容。如配合物的制备及表征，碳纳米管催化合成乳酸正丁酯及性能测试等内容已增设在学生的综合实验中。设计性实验内容的更新则结合学科研究的最新成果和教师的科研课题，如电导法测定电解质溶液活度系数、电池材料的制备等内容都是将教师的科研成果转化的实验教学内容。另外也鼓励学生关注现实生活，学会将枯燥的理论知识与现实生活中的一些现象联系起来，自行设计贴近我们生活的实验。探讨将化学与生物、环境等学科联系，开发学科之间交叉、与实际应用相结合的创新性实验内容和实验方法，这需要在教学实施中不断修改和完善。
3开发制作实验教学视频，辅助实验教学
物理化学实验课程的目的之一就是使学生掌握物理化学的基本实验技术和技能，为后续的专业实验以及科学研究打下良好的基础。但在具体实施物理化学实验教学过程中，会遇到一些问题，比如:由于物理化学实验所涉及的仪器较多，且不同实验所涉及的仪器也不同，学生对仪器不熟悉且缺乏直观的认知，给学生预习和教师的教学增加了难度。实验中使用的仪器套数有限，许多实验需要2～3人共用一套仪器完成实验，在有限的实验课时内，不能保证每个学生都能熟练掌握实验仪器的操作。有些实验仪器并不是通用的，只在特定的实验中使用，学生完成实验后容易忘记其操作方法。我们通过制作“物理化学实验教学视频”改变教学方式，将视频课件到网上，方便学生随时观看和学习。学生在实验时也可随时播放视频课件，详细学习实验的方法，防止因为仪器操作不当或操作错误导致实验的失败。实验中遇到问题，学生也可通过观看视频自行想办法解决，对实验教学的顺利进行有实际的帮助。学生在以后参加各类实验竞赛或参加考研复试时，对照实验视频课件可自行复习实验仪器的操作方法。充分利用网络、多媒体等手段，展示制作的实验内容的教学视频课件，使学生通过虚拟、仿真实验的学习，起到很好的预习和巩固实验知识的效果，还可有效解决实验课时少、实验设备数量少的问题，提高学习效率。
4树立以学生为本，以学生能力培养为核心的实验教学观念
创新人才的培养不仅需要教学内容的不断更新，还需要教师教育观念、教学方式、教学手段等的更新，教学中要以学生为主体，尽最大可能挖掘学生的潜能。如在学生掌握了氧弹法测定燃烧热的实验原理及实验方法的基础上，可让学生自行设计液体燃烧热的测定方法，利用测定苯、环已烯、环已烷的恒容燃烧热数据计算苯分子的共振能［6］，使学生通过热化学实验将热力学数据与一定的结构化学概念联系;还可以让学生了解利用氧弹法可测煤的发热量，通过发热量的高低分析煤质的好坏。注意将创新意识全面系统地贯穿到各个教学环节，激发学生的自主性和创造性，培养学生追求创造、探求新奇的意识和敢冒风险、不怕挫折的精神，使实验教学能适应独立学院创新人才培养的要求，为适应地方经济建设和社会发展需要，培养高素质的应用型人才。
参考文献:
［1］肖立容，朱柳.独立学院制订人才培养方案的思考［J］．求知导刊，2016，(08):69－71.
［2］钱维兰，叶亚平，顾聪.浅谈物理化学实验对学生能力的培养［J］．实验室研究与探索，2007，26(60):100－101.
［3］康慧珏，孙凤琴.高职高专化学专业物理化学实验的现状与对策［J］．齐齐哈尔师范高等专科学校学报，2007，99(5):140－141.
［4］贺德华，麻英.物理化学实验教学的发展趋势与改革探讨［J］．实验技术与管理，2006，23(3):13－15.
［5］甘礼华，陈龙武，钱君律.多层次物理化学实验教学的再思考［J］．实验室研究与探索，2002，21(6):8－16.
物理化学实验范文6
[关键词]物理化学综合实验；Origin；数据处理；碳化钼；电化学水分解
1前言
物理化学实验作为高等院校化学相关专业必修的实验基础课程之一具有其自身特点，其教学目标不是简单地验证理论。实验中需借助仪器设备对某一物理化学性质和化学反应性能进行测定，测定结果多为间接的。因此需要对实验数据进行大量计算，数据处理繁琐，其中部分实验需要通过数据处理、图形绘制、数据分析得到相应数学表达式[1]。因此，信息的处理与图形表达在物理化学实验中有着非常重要的地位。改变传统的数据处理方式，采用计算机软件辅助处理数据可以克服传统手工计算绘图方法费时费力、计算精度不高和作图误差大等缺点，可以减少误差，实验结果精确可靠，且快速便捷，是新形势下教育改革的迫切需求。暨南大学化学与材料学院物理化学教研团队在学生完成物理化学实验的基础上，将科研成果转变成教学实践，对高年级开设了“多孔碳化钼纳米线电催化水分解制氢气”开放性综合实验[2]。但是开课以来发现虽然化学类专业的本学生都比较熟练word、excel等常用办公软件的操作，但是却很少有同学知道或者使用过较为专业的科学绘图、数据分析软件。因此结合我校开课情况，本文以多孔碳化钼电催化产氢的实验数据处理为例，尽可能详尽的介绍origin数据输入，数据处理和基本绘图等基本操作，把实验数据通过origin软件处理变成直观可视的图形、曲线，便于学生分析数据的规律、数据变化的趋势等[3]，从而进一步培养学生的数值分析与绘图的能力。
2Origin软件的简介
数据绘图软件Orgin是OriginLab公司开放的科学绘图、数据分析软件，具有很强的实验数据图形化处理能力[4]。Origin软件具有两大功能：数据分析和图形处理。数据分析功能支持多种格式的数据导入，如ASCII、Excel、NITDM等，可方便用户进行统计，信号处理，曲线拟合以及峰值分析等。作为图形处理软件，输出格式多样，支持JPEG，EPS，GIF，TIFF等格式图形输出[5]。用户可以使用软件内置的模板或根据自己需要设计的模板方便地绘制出各种各样的2D/3D图形。它将用户的所有工作都保存在Project(后缀为∙OPJ)文件中。
3用origin软件处理实验数据举例
本文以多孔碳化钼电催化产氢的实验数据处理为例，说明origin的基本绘图方法。
3.1实验原理
电催化分解水是一种高效制取氢气的方法。碳化钼因具有类贵金属的电子性质和催化行为，是一种非常有潜力的电解水催化剂[6]。电催化活性一般取电流密度(j)为-10mA/cm2所对应的过电位作为统一的评价标准，电位越接近热力学析氢电位，活性越高。本实验采用上海辰华仪器有限公司的CHI660E型电化学工作站，采用三电极体系(饱和甘汞电极为参比电极，石墨电极为对电极，玻碳电极为工作电极)在0.5mol/L的H2SO4电解液下测试性能，检测催化剂的催化活性。线性扫描伏安法(LSV)测试参数设置如下：扫描范围从-0.2~0.6V，采样间隔1mV，扫描速度为2mV/s。
3.2数据处理和作图
3.2.1数据的输入启动Origin2019b，新建一个Workbook，把数据文件.txt拖入origin的表格的第一行，从而成功导入多孔碳化钼纳米线电催化分解水的LSV数据，A列为电压(单位V)，B列为电流密度(单位A)，如图1。同样方法导入第二列商业铂碳(pt/c)的LSV数据(如图2)。新建一个Book3，拷贝book1的数据，然后单击菜单命令Column→AddNewColumn，在弹出的AddNewColumn对话框中填上列数，如下图3所示，然后点击OK按钮完成列数值设置，则新增C(Y)列和D(Y)列。选中C(Y)列，单击单击菜单命令Column→SetAs→X，得到C(X)列(图4)，然后将Book2的数据拷贝至C和D列得到如图4所示。3.2.2数据的处理选中A(X)列，在Column菜单下选择SetColumnValues，并在对话框中输入col(A)+0.241，点击OK得相对于标准氢电极，如图5所示。同理，选中B(Y)列，在SetColumnValues对话框中输入col(B)/0.07*1000，单位转换为JmA/cm2，如图6所示。同样将C(X)和D(Y)的值做相应的运算处理，并在comment一栏添加相应备注可得到如图7所示。3.2.3作图选中所有列，再点击下边的line，就会出现lsv曲线，得到图8。3.2.4数据和图标输出双击A和B，写出相应的横坐标和纵坐标的物理量和单位。如果坐标尺度不合理，可以双击如上坐标，调整坐标尺度，如图9。图9坐标调整后的多孔碳化钼纳米线和pt/c电催化分解水的LSV图Fig.9Polarizationcurves(aftercoordinateadjustment)forHERofcommercialPt/Candnanoporousmolybdenumcarbidenanowire
4结语
随着计算机的普及，人们在计算机平台上利用Origin软件处理实验数据成为可能。Origin软件处理实验数据不需要编程、既方便、又快捷，所绘制的图形不仅精致美观，而且能准确反映实验数据的变化规律，可以完成以往的实验数据处理方式较难完成甚至无法完成的处理任务，大大简化了数据的处理。由于Origin软件容易掌握，在物理化学实验课堂中开展Origin软件教学可极大提高学生对于实验课程的学习积极性，有利于培养学生独立分析问题和解决问题的能力，更重要的是还锻炼了学生认真、严谨、求实的实验态度，为后续的综合性、设计性实验甚至是科研研究的开展奠定良好的数据分析基础。将工具软件数据处理方法应用到物理化学的实验数据处理及教学活动中，适合高校化学实验的教学改革和计算机辅助教学。
参考文献
[1]张姝明，王桂香，陈玉焕．物理化学实验教学改革与学生综合能力的培养[J]．广州化工，2015，43(15)：252-253．
[2]扶雄辉，陈晓丹，廖小建，等．基于创新能力培养的物理化学综合实验教学改革都探索与实践[J]．广东化工，2020，1(47)：122-123．
[3]于净，王齐放，翟菲．Origin软件在《物理化学实验》中的[J]．实验科学与技术，2014，12(3)：61-64．
[4]赵波．管理信息系统实验教学研究[J]．实验室研究与探索，2011，30(4)：108-110．
[5]王环江，吴怡逸，肖寒，等．Origin8.0用于物理化学实验数据拟合处理[J]．山东化工，2020，49(9)：218-220．
