Question

1920年科學家斯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，可同時繞其幾何軸經同一角速度ω高速旋轉，其內部抽成真空．沿幾何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）這個實驗運用了

 

規律來測定；
（2）測定該氣體分子的最大速度大小表達式為

 

．

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；
（2）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．

解答：解：（1）氣體分子運動和轉盤轉動同時發生，互不影響；
故答案為：運動的等時性．
（2）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

故答案為：

(R-r)Rω

S

．

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．