Физика 10

1. Измерение скорости
движения молекул.
Опыт Штерна
Тема урока:
Цель урока:
Ход урока:
три
положения
МКТ
_
Физические
основы
измерений
Прибор для
измерений
Порядок
проведения
опыта
Способ
нахождения
скорости атомов

Распределение
Максвелла

2. ИЗУЧИТЬ
Сущность опыта О. Штерна
Распределение МаксвеллаЦель урока:
Ход урока:
три
положения
МКТ
_
Тема урока:
Физические
основы
измерений
Прибор для
измерений
Порядок
проведения
опыта
Способ
нахождения
скорости атомов

Отто Штерн (нем. Otto Stern;
17 февраля 1888 — 17 августа 1969)
— немецкий физик, лауреат
Нобелевской премии по физике за
1943 год.
Распределение
Максвелла
Джеймс Клерк Ма́ксвелл (англ. James
Clerk Maxwell; 13 июня 1831, Эдинбург
— 5 ноября 1879, Кембридж) —
британский физик и математик.
Шотландец по происхождению. Член
Лондонского королевского общества
(1861).

3. 1. Повторить основные
положения МКТ
2. Физические основы измерений
3. Конструктивные особенности
метода
4. Закрепление изученного
материала.
три
положения
МКТ
_
Тема урока:
Цель урока:
Ход урока:
План урока
Физические
основы
измерений
Прибор для
измерений
Порядок
проведения
опыта
Способ
нахождения
скорости атомов

Распределение
Максвелла

4. Физические
основы
измерений
_
Тема урока:
Цель урока:
три положения
МКТ
1) все вещества состоят из мельчайших
частиц — молекул (простейшие
молекулы состоят из одного атома);
Ход урока:
2) молекулы находятся в
непрерывном хаотическом
тепловом движении;
3) между молекулами действуют силы,
которые в зависимости от расстояния
являются силами притяжения или
отталкивания.
Прибор для
измерений
Порядок
проведения
опыта
Способ
нахождения
скорости атомов

Распределение
Максвелла

5. Прибор для
измерений
_
Тема урока:
Цель урока:
О. Штерн в 1920 г., воспользовавшись
методом молекулярных пучков,
изобретенным французским физиком Луи
Дюнойе (1911 г.) измерил скорость
газовых молекул и на опыте подтвердил
полученное Д. Максвеллом распределение
молекул газа по скоростям.
Ход урока:
три
положения
МКТ
Физические
основы измерений
Результаты опыта Штерна подтвердили
правильность оценки средней скорости
атомов, которая вытекает из
распределения Максвелла. О характере
самого распределения этот опыт мог
дать лишь весьма приближенные сведения.
Порядок
проведения
опыта
Способ
нахождения
скорости атомов

Распределение
Максвелла

6. Порядок
проведения
опыта
_
Тема урока:
Цель урока:
Приборы и материалы, необходимые
для постановки опыта, принципиальная
схема установки
Ход урока:
три
положения
МКТ
Физические
основы
измерений
Для постановки опыта по измерению средней
скорости движения молекул О. Штерн
спроектировал специальную установку. Прибор
состоял из двух жестко соединенных
коаксиальных цилиндров с радиусами R и r. Во
внутреннем цилиндре по оси была расположена
платиновая нить А. Исследуемым газом в опыте
служили разреженные пары серебра.
Атомы получались при испарении слоя серебра,
нанесённого на платиновую нить, нагревавшуюся
электрическим током. Воздух в малом цилиндре
был откачан, поэтому испарившиеся атомы
серебра свободно разлетались от нити во все
стороны.
Вдоль поверхности внутреннего цилиндра была
вырезана узкая щель С. Рядом с щелью
располагалась диафрагма, которая позволяла
"вырезать" из потока атомов серебра тонкий
пучок. В вакуумной камере большого цилиндра
обеспечивалась высокая степень разреженности.
Вероятность столкновений атомов серебра с
молекулами воздуха была очень мала.
На внутренней поверхности внешнего цилиндра
помещалась съемная латунная пластинка В.
Пластинка имела комнатную температуру. На этой
пластинке в области E атомы серебра,
охладившись, оседали в виде узкой серебренной
полоски. Специальным устройством установка
могла приводиться во вращение вокруг
собственной оси с частотой 25-45 оборотов в
секунду.
Прибор для
измерений
Способ
нахождения
скорости атомов

Распределение
Максвелла

7. Прибор для
измерений
Способ
нахождения
скорости атомов
_
Тема урока:
Цель урока:
По платиновой нити, располагающейся по оси малого
цилиндра, пропускался электрический ток. Нить
нагревалась практически до температуры плавления
серебра Тп = 1234° К, и серебро начинало испаряться. Часть
атомов серебра проходило сквозь щель. Отфильтрованные
диафрагмой, далее они двигались по радиальным
направлениям к внутренней поверхности большого
цилиндра прямолинейно и равномерно со скоростью,
соответствующей температуре платиновой нити. Стенка
большого цилиндра охлаждалась так, чтобы попадающие
на нее атомы "прилипали" к ней, образуя налет серебра в
форме щели, но немного больших размеров.
Ход урока:
три
положения
МКТ
Физические
основы
измерений
Порядок
проведения опыта
Прибор приводился в быстрое вращение вокруг
собственной оси с частотой 1500 - 2700 об/мин,
каждый атом двигался прямолинейно, но за время,
которое требовалось атому, чтобы, пройдя щель,
долететь до латунной пластинки, последняя
успевала повернуться на некоторый угол, и атом
уже прилипал к ней не точно против щели, а
несколько в стороне

Распределение
Максвелла

8. Прибор для
измерений
_
Тема урока:
Цель урока:
Атом, двигаясь со скоростью υ, проходил расстояние:
Ход урока:
три
положения
МКТ
Физические
основы
измерений
Способ нахождения
скорости атомов серебра
где R и r – радиусы внешнего и внутреннего цилиндров, а
τ – время прохождения этого расстояния. Любая точка
внешнего цилиндра за это время проходила путь:
Порядок
проведения
опыта
Решая эти уравнения совместно, О. Штерн определил
среднюю скорость движения атомов:
Измеряя значения ω, R, r и S можно рассчитать среднюю
скорость движения атомов серебра при температуре
нити – Тн. Меняя температуру накала нити можно найти
температурную зависимость скорости теплового
движения атомов.
При вращении прибора по часовой
стрелке налет серебра
смещается.
Толщина налета серебра
определялась в опыте О.Штерна
оптическим методом.

Распределение
Максвелла

9. Прибор для
измерений
_
Тема урока:
Цель урока:
Ход урока:
три
положения
МКТ
Физические
основы
измерений
Порядок
проведения
опыта

Способ
нахождения
скорости атомов
Распределение
Максвелла
Молекулы газа вследствие теплового движения
испытывают многочисленные соударения друг с другом.
При каждом соударении скорости молекул изменяются
как по величине, так и по направлению. В результате в
сосуде, содержащем большое число молекул,
устанавливается некоторое статистическое
распределение молекул по скоростям, зависящее от
абсолютной температуры T. При этом все направления
векторов скоростей молекул оказываются
равноправными (равновероятными), а величины
скоростей подчиняются определенной закономерности.
Распределение молекул газа по величине скоростей
называется распределением Максвелла.
Если одновременно измерить скорости большого
числа N молекул газа и выделить некоторый малый
интервал скоростей от υ до υ + Δυ, то в выделенный
интервал Δυ попадает некоторое число ΔN молекул. На
графике удобно изображать зависимость величины от
скорости υ. При достаточно большом числе N эта
зависимость изображается плавной кривой, имеющей
максимум при (наиболее вероятнскорость).
Здесь m – масса молекулы,
k = 1,38·10–23 Дж/К – постоянная Больцмана.
Характерным параметром распределения Максвелла является так
называемая среднеквадратичная скорость υкв = <υ2>1/2, где <υ2> означает
среднее значение квадрата скорости, которая равна
Средняя кинетическая
энергия поступательного
движения молекул газа есть