[实验创新]连续测量一杯热水的温度并研究变化规律

一、实验内容介绍
　　实验内容：《连续测量一杯热水的温度并研究变化规律》——苏教版小学科学四年级上册 第二单元 冷和热


二、传统实验存在的缺陷与改进思路

　　在传统的实验中，需要使用温度计对热水进行测量与记录，其要求：
　　①记录最高点；
　　②每两分钟进行一次测量与记录；
　　③实验过程中要保持温度计的液泡一直放在水的中央，而且不要将温度计拿出水杯读数，读数的时候平视。
　　④记录数据后，按照数据画出曲线图。
　　注意事项：实验过程中，注意不能碰到热水，以防烫伤。
　　在实验过程中，会存在以下的问题导致实验存在误差：最高点的记录不正确，两分钟的测量存在延时或者某个两分钟忘记记录，温度读数过程因非平视而导致数据的误差。

　　因此，在传统实验操作基础上，我们利用掌控板+DS18b20金属温度探头对实验进行了改进，在实验的过程中，我们利用金属探头的温度计对水温进行测量，并每秒对数据进行记录，通过mPython的”探究“功能对水温变化进行实时监测显示，同时，将数据以文本文件的形式记录在掌控板的中，实验结束之后可以将文本数据导出到Excel中进行分析。

三、改进方案

（1）实验器材与软件环境

　　实验器材：掌控板1块+掌控宝或百灵鸽扩展板、防水型/不锈钢封装DS18b20温度传感器1个，杜邦线若干，水杯1个，开水。
　　软件环境：mPython

（2）DS18B20简介与测试

　　防水型/不锈钢封装DS18b20温度传感器介绍：

　　　　·工作电压：3.0V～5.5V供电
　　　　·分辨率：9～12位可调分辨率
　　　　·测温范围 -55℃ ～ +125℃（引线只能最高承受温度85度左右）
　　　　·产品尺寸：不锈钢外壳(6*50mm)，引线长度50m
　　　　·无需外部元件，独特的单总线接口
　　　　·输出引线：红色(VCC)，黄色(DATA)，黑色(GND)


　　这里我对温度传感器做了一个简单的处理——加了一个10K上拉电阻。
　　因为DS18B20是单总线温度传感器,数据线是漏极开路,如果DS18B20没接电源,则需要数据线强上拉,给DS18B20供电;如果DS18B20接有电源,则需要一个上拉即可稳定的工作。这个电阻通常比较大,还有若温度传感器开路或没接时,能起到上拉作用,使之为高电平,使后续电路保护。

　　本案例中DS18B20接线（红色接VCC，黑色接GND，黄色DATA接P16）；

　　习惯性的对传感器进行测试：
　　在mPython的”扩展“→”通用传感器“中找到DS18B20模块，并拖入代码编写区域，将引脚定义为P16。


　　DS18B20测试参考代码：

　　代码刷入掌控板之后，你可以查看OLED显示的温度，比对常温，若有误差，可自行通过公式进行校准。

（3）改进实验操作与参考代码

　　温度传感器测试能正常工作之后，我们就可以参考下面的代码，编写并刷入：



　　现在开始我们的实验了，把开水倒进水杯中，将金属探头放入水中，我们可以看到mPython右上角的”探究“窗口开始记录数据温度变化的数据值了。
　　（暂缺探究窗口截图，后补上）






（4）数据的导出与处理

　　最后，待水温至常温时，将数据导出，导出的方法有2：
　　①在探究窗口右上角的下菜单栏中（三条横杠杠的图标），选择”下载xls文件“
　　②程序中设置了将数据写入temp0.txt，因此我们可以在掌控板的文件中导出，方法：mpython中选择”代码“切换到代码编辑窗口，并在右侧中间栏目位置找到一">"符号，打开“文件管理”，找到“temp0.txt”，右击，选择“导出”。
　　数据导出之后，我们可以轻松的利用Excel的图表功能，来绘制“开水自然冷却——温度与时间的曲线图”了。



（5）比对其他的液体的冷却时间

　　通过上述的实验方法，可以测量不同液体（如牛奶、盐水等，如果要测试食用油要注意安全）的冷却时间，并进行比对，比较其散热能力强弱，为以后学习“比热”奠定知识基础。


（6）思考
　　使实验数据获得更加直接和直观，是否会弱化学生在实验过程中的计算作图操作等重要能力的培养，某种程度上是否会不利于学生科学思维的培养及科学素养的提高。

发错位置了，版主能将本帖转到掌控板吗？

谢谢分享！

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谢谢分享，请问能发一下上拉电阻如何连接的图吗？