Question

1920年科学家史特恩测定气体分子速率的装置如图所示，A、B为一双层共轴圆筒形容器，外筒半径为R，内筒半径为r，可同时绕其共同轴以同一角速度ω高速旋转，其内部抽成真空．沿共同轴装有一根镀银的铂丝K，在铂丝上通电使其加热，银分子（即原子）蒸发成气体，其中一部分分子穿过A筒的狭缝a射出到达B筒的内表面．由于分子由内筒到达外筒需要一定时间，若容器不动，这些分子将到达外筒内壁上的b点，若容器转动，从a穿过的这些分子仍将沿原来的运动方向到达外筒内壁，但容器静止时的b点已转过弧长s到达b’点．
（1）测定该气体分子最大速度的大小表达式为

(R-r)Rω

S

．
（2）采用的科学方法是下列四个选项中的

B

．
A．理想实验法B．建立物理模型法
C．类比法D．等效替代法．

Answer 1

分析：（1）气体分子做匀速直线运动，转盘做匀速圆周运动，两中运动同时发生，互不影响；气体分子从a到达b的过程中，转盘盘上外边缘点转过s的弧长，根据时间相等并结合v=ωR列式计算．
（2）物理模型是人们为了研究物理问题的方便和探讨物理事物的本身而对研究对象所作的一种简化描述，是以观察和实验为基础，采用理想化的办法所创造的，能再现事物本质和内在特性的一种简化模型．

解答：解：（1）气体分子运动和转盘转动同时发生，互不影响；
气体分子运动时间为：t=

R-r

v

；
转盘边缘上点线速度为，故转动时间为：t=

S

ωR

；
两个运动同时发生，故t=

R-r

v

=

S

ωR

解得
v=

(R-r)Rω

S

（2）水银蒸发成气体后，分子做匀速直线运动，认为速度都相同，是建立的理想模型；故ACD错误，B正确；
故答案为：（1）

(R-r)Rω

S

；（2）B．

点评：本题关键是根据两个物体的直线运动和转动同时发生，时间相等，然后根据速度和线速度的定义列式求解．