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筒的內表面．由于分子由內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，根據時間相等并結合v=ωR列式計算．
（2）物理模型是人們為了研究物理問題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造的，能再現事物本質和內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

；
兩個運動同時發生，故t=

R-r

v

=

S

ωR

解得
v=

(R-r)Rω

S

（2）水銀蒸發成氣體后，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：本題關鍵是根據兩個物體的直線運動和轉動同時發生，時間相等，然后根據速度和線速度的定義列式求解．