Question

1920年科學(xué)家史特恩測定氣體分子速率的裝置如圖所示，A、B為一雙層共軸圓筒形容器，外筒半徑為R，內(nèi)筒半徑為r，可同時(shí)繞其共同軸以同一角速度ω高速旋轉(zhuǎn)，其內(nèi)部抽成真空．沿共同軸裝有一根鍍銀的鉑絲K，在鉑絲上通電使其加熱，銀分子（即原子）蒸發(fā)成氣體，其中一部分分子穿過A筒的狹縫a射出到達(dá)B筒的內(nèi)表面．由于分子由內(nèi)筒到達(dá)外筒需要一定時(shí)間，若容器不動，這些分子將到達(dá)外筒內(nèi)壁上的b點(diǎn)，若容器轉(zhuǎn)動，從a穿過的這些分子仍將沿原來的運(yùn)動方向到達(dá)外筒內(nèi)壁，但容器靜止時(shí)的b點(diǎn)已轉(zhuǎn)過弧長s到達(dá)b’點(diǎn)．
（1）測定該氣體分子最大速度的大小表達(dá)式為

(R-r)Rω

S

．
（2）采用的科學(xué)方法是下列四個(gè)選項(xiàng)中的

B

．
A．理想實(shí)驗(yàn)法B．建立物理模型法
C．類比法D．等效替代法．

Answer 1

分析：（1）氣體分子做勻速直線運(yùn)動，轉(zhuǎn)盤做勻速圓周運(yùn)動，兩中運(yùn)動同時(shí)發(fā)生，互不影響；氣體分子從a到達(dá)b的過程中，轉(zhuǎn)盤盤上外邊緣點(diǎn)轉(zhuǎn)過s的弧長，根據(jù)時(shí)間相等并結(jié)合v=ωR列式計(jì)算．
（2）物理模型是人們?yōu)榱搜芯课锢韱栴}的方便和探討物理事物的本身而對研究對象所作的一種簡化描述，是以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用理想化的辦法所創(chuàng)造的，能再現(xiàn)事物本質(zhì)和內(nèi)在特性的一種簡化模型．

解答：解：（1）氣體分子運(yùn)動和轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動同時(shí)發(fā)生，互不影響；
氣體分子運(yùn)動時(shí)間為：t=

R-r

v

；
轉(zhuǎn)盤邊緣上點(diǎn)線速度為，故轉(zhuǎn)動時(shí)間為：t=

S

ωR

；
兩個(gè)運(yùn)動同時(shí)發(fā)生，故t=

R-r

v

=

S

ωR

解得
v=

(R-r)Rω

S

（2）水銀蒸發(fā)成氣體后，分子做勻速直線運(yùn)動，認(rèn)為速度都相同，是建立的理想模型；故ACD錯誤，B正確；
故答案為：（1）

(R-r)Rω

S

；（2）B．

點(diǎn)評：本題關(guān)鍵是根據(jù)兩個(gè)物體的直線運(yùn)動和轉(zhuǎn)動同時(shí)發(fā)生，時(shí)間相等，然后根據(jù)速度和線速度的定義列式求解．