Question

1920年科學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，可同時繞其共同軸以同一角速度ω高速旋轉，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B筒的內(nèi)表面．由于分子由內(nèi)筒到達外筒需要一定時間，若容器不動，這些分子將到達外筒內(nèi)壁上的b點，若容器轉動，從a穿過的這些分子仍將沿原來的運動方向到達外筒內(nèi)壁，但容器靜止時的b點已轉過弧長s到達b’點．
（1）測定該氣體分子最大速度的大小表達式為

(R-r)Rω

S

．
（2）采用的科學方法是下列四個選項中的

B

．
A．理想實驗法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動，轉盤做勻速圓周運動，兩中運動同時發(fā)生，互不影響；氣體分子從a到達b的過程中，轉盤盤上外邊緣點轉過s的弧長，根據(jù)時間相等并結合v=ωR列式計算．
（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，是以觀察和實驗為基礎，采用理想化的辦法所創(chuàng)造的，能再現(xiàn)事物本質和內(nèi)在特性的一種簡化模型．

解答：解：（1）氣體分子運動和轉盤轉動同時發(fā)生，互不影響；
氣體分子運動時間為：t=

R-r

v

；
轉盤邊緣上點線速度為，故轉動時間為：t=

S

ωR

；
兩個運動同時發(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，分子做勻速直線運動，認為速度都相同，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．

點評：本題關鍵是根據(jù)兩個物體的直線運動和轉動同時發(fā)生，時間相等，然后根據(jù)速度和線速度的定義列式求解．