一种多维定量探究分子运动的实验装置及方法

本发明属于分子或微粒运动，尤其涉及一种多维定量探究分子运动的实验装置及方法。

背景技术：

1、现阶段很多探究分子运动的实验大多仅从定性的角度研究分子(或微粒)运动，没有从定量的角度研究温度、介质、浓度及分子(或微粒)种类等因素对微粒运动速率的影响；例如，从定性的角度探究分子(或微粒)运动实验，通过将两只分别装有浓氨水和酚酞稀溶液的开口容器放在倒扣的大烧杯下，一段时间后酚酞稀溶液由无色变红色的方法来进行演示，该方法试剂用量大、逸出的氨气会污染环境。

2、而定量实验又是化学实验的重要组成部分，定量实验能够深入了解物质及其变化的量的特征，揭露各因素之间的数量关系，确定某些因素的数值，从量的角度来研究了解物质的性质、组成、结构及其变化规律；因此，将化学定性实验定量化处理，就显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种多维定量探究分子运动的实验装置及方法。

2、这种多维定量探究分子运动的实验装置，包括：分子检测和运动轨迹显示杆、时间显示部件、可恒温玻璃管、检测控制电路和进样部件；检测控制电路包括多组运算放大比较器和单片机；单片机电连接时间显示部件和运算放大比较器；

3、进样部件的一端部伸入可恒温玻璃管且伸入部分设有样品池，沿进样部件的轴向在样品池底部和上部位置均打设有孔道a和孔道b，孔道a和孔道b未与样品池连通的端部分别连接开关阀a和开关阀b；进样部件在可恒温玻璃管内可来回拉动；开关阀a连接装有纯净水或样品的注射器，开关阀b连接废液瓶；

4、分子检测和运动轨迹显示杆设于可恒温玻璃管内，分子检测和运动轨迹显示杆的两端由密封装置固定于可恒温玻璃管内壁；分子检测和运动轨迹显示杆上侧安装有多组探针，分子检测和运动轨迹显示杆下侧对应位置处安装有led灯；每组探针由两只探针组成，这两只探针用吸有水的无纺布连接；分子检测和运动轨迹显示杆上的多组探针均通过信号线连接检测控制电路中的多组运算放大比较器的负输入端，各组运算放大比较器的正输入端均连接设定电压值的电源，各组运算放大比较器的输出端均通过控制线连接与该组探针相对应的led灯；各组运算放大比较器的输出端还电连接单片机；

5、检测控制电路，用于控制每组探针对应位置的led灯亮灭,用于控制时间显示部件进行计时并显示时间；

6、可恒温玻璃管上设有气体或液体入口a、循环水入口c、气体或液体出口b以及循环水出口d。

7、作为优选：探针的数量为8组，每组探针由两只探针组成，led灯的数量为8只。

8、作为优选：探针为表面镀金的铜探针。

9、作为优选：还设有蜂鸣器，单片机电连接蜂鸣器，单片机用于控制蜂鸣器鸣叫。

10、作为优选：单片机采用stc89c51芯片。

11、作为优选：密封装置为数个密封圈。

12、作为优选：

13、进样部件包括进样活塞套和进样活塞杆，进样活塞杆一端部设有多个密封圈，进样活塞杆带有密封圈的端部插入进样活塞套，位于可恒温玻璃管内的进样活塞杆一端部的其中两个密封圈之间径向钻设有孔穴作为样品池；

14、沿进样部件的轴向在样品池底部和和高约2/3处均打设有孔道a和孔道b，孔道a和孔道b未与样品池连通的端部分别连接开关阀a和开关阀b。

15、作为优选：样品池的体积为1.5ml；孔道a和孔道b的直径均为1mm。

16、一种多维定量探究分子运动的实验装置的工作方法，包括以下步骤：

17、步骤1、将开关阀b与废液瓶相连接，将进样活塞杆向外拉至最里端的密封圈完全进入进样活塞套内；

18、步骤2、将装有纯净水的注射器与开关阀a相连接，依次打开开关阀a和开关阀b，缓缓推动注射器，清洗样品池及孔道a和孔道b；

19、步骤3、将装有纯净水的注射器与开关阀a断开，将另一只装有样品的注射器与开关阀a连接，缓缓将样品推入样品池内，关闭开关阀a和开关阀b；

20、步骤4、将可恒温玻璃管上的气体或液体入口a连接空气泵，将可恒温玻璃管上的气体或液体出口b连接尾气处理装置，打开空气泵电源，向可恒温玻璃管内通入数分钟空气，以净化可恒温玻璃管管内空气；关闭空气泵电源；并且：将可恒温玻璃管上的循环水入口c连接循环水管道，将可恒温玻璃管上的循环水出口d连接出水管道，打开循环水管道上的开关，向可恒温玻璃管内通入数分钟循环水，以控制可恒温玻璃管管内温度，关闭循环水管道上的开关；

21、步骤5、将分子检测和运动轨迹显示杆从可恒温玻璃管中拉出，用纯净水充分冲洗分子检测和运动轨迹显示杆上的各探针组及吸有水的无纺布后，再将分子检测和运动轨迹显示杆装回可恒温玻璃管；

22、步骤6、打开检测控制电路和时间显示部件上的电源开关，将进样活塞杆向可恒温玻璃管内推进，直至样品池处于可恒温玻璃管内；led灯随着样品池内样品的分子运动依次被点亮，同时单片机控制蜂鸣器产生间断鸣叫，生动直观呈现分子运动情况；

23、步骤7、将进样活塞杆向外拉至最里端的密封圈完全进入进样活塞套内，返回执行步骤4和步骤5，重置时间显示部件上的时间令其归零。

24、另一种多维定量探究分子运动的实验装置的工作方法，包括以下步骤：

25、步骤1、将开关阀b与废液瓶相连接，将进样活塞杆向外拉至最里端的密封圈完全进入进样活塞套内；

26、步骤2、将装有纯净水的注射器与开关阀a相连接，依次打开开关阀a和开关阀b，缓缓推动注射器，清洗样品池及孔道a和孔道b；

27、步骤3、将装有纯净水的注射器与开关阀a断开，将另一只装有样品的注射器与开关阀a连接，缓缓将样品推入样品池内，关闭开关阀a和开关阀b；

28、步骤4、将可恒温玻璃管上的循环水入口c连接循环水管道，将可恒温玻璃管上的循环水出口d连接出水管道，打开循环水管道上的开关，向可恒温玻璃管内通入数分钟循环水，以控制可恒温玻璃管管内温度；关闭循环水管道上的开关；或者：将可恒温玻璃管上的循环水入口c连接循环水管道，将可恒温玻璃管上的循环水出口d连接出水管道，打开循环水管道上的开关，向可恒温玻璃管内通入数分钟循环水，以控制可恒温玻璃管管内温度，关闭循环水管道上的开关；

29、步骤5、将分子检测和运动轨迹显示杆从可恒温玻璃管中拉出，用纯净水充分冲洗分子检测和运动轨迹显示杆上的各探针组及吸有水的无纺布后，再将分子检测和运动轨迹显示杆装回可恒温玻璃管；

30、步骤6、打开检测控制电路和时间显示部件上的电源开关，将进样活塞杆向可恒温玻璃管内推进，直至样品池处于可恒温玻璃管内；led灯随着样品池内样品的分子运动依次被点亮，同时单片机控制蜂鸣器产生间断鸣叫，生动直观呈现分子运动情况；

31、步骤7、将进样活塞杆向外拉至最里端的密封圈完全进入进样活塞套内，返回执行步骤4和步骤5，重置时间显示部件上的时间令其归零。

32、本发明的有益效果是：

33、本发明采用传感技术和电子技术制作了多维定量探究分子运动的实验装置，将化学定性实验定量化处理，以led灯光并伴以声音的方式来呈现分子运动轨迹，通过精确测量分子在玻璃管一段距离的运动时间，能够从温度、介质、浓度差及分子种类等多个维度定量探究分子的运动情况；能够更直观地从量的角度认识物质的组成、性质及其变化规律。

34、该实验装置既可用于学生定量探究分子运动情况，提高学生对化学实验的兴趣；又可方便教师在课堂进行分子运动的演示。