|
Выберите, пожалуйста, |
>> Теплота и молекулярная физика Описание программы stern-ob
Программа stern.pas.
В настоящее время практически перестали пополняться фильмотеки
учебными кинофильмами; старые копии изнашиваются и списываются. Стало
почти невозможно получить к уроку нужный фильм, а без наглядности
весьма трудно изложить некоторые сложные темы школьной физики, особен-
но требующие пространственного воображения. Решить эту проблему помо-
гает, в некоторой степени, предлагаемая программа.
Запустив программу, мы видим на экране схему установки Штерна для
определение скорости молекул и пояснение к ней. Если нажать пробел, то
появляется картинка, воспроизводящая рисунок 22 на 34 странице учебни-
ка "Физика 10" Г.Я.Мякишева и Б.Б.Буховцева(Москва,"Просвещение,1990
г.).Большая зеленая окружность радиуса R представляет сечение внешнего
цилиндра в опыте Штерна, малая(радиуса r,с разрезом) - внутренний ци-
линдр со щелью. Красная точка в центре моделирует раскаленную проволо-
ку, с которой испаряются молекулы серебра.Видно, что большая часть мо-
лекул осаждается на внутренней поверхности малого цилиндра, а некото-
рые, пройдя через щель, достигают большого, на котором постепенно на-
капливается слой серебра напротив щели, имеющейся в малом цилиндре.
Обращаем внимание учеников на то, что молекулы движутся с разными по
величине скоростями, но при неподвижном приборе они все оказываются в
одном и том же месте на внутренней поверхности большого цилиндра.
Дав возможность преподавателю сделать необходимые пояснения по по-
воду наблюдаемой картины, программа предлагает, выделив одну из моле-
кул, детально изучить ее движение. Для продолжения работы после оста-
новки следует нажимать на любую клавишу, кроме Esc(эта клавиша прекра-
щает действие программы).
Следующие кадры показывают, что произойдет, если оба цилиндра как
одно целое привести во вращательное движение с угловой скоростью
w.Можно наблюдать, что пока молекула движется по инерции прямолинейно
и равномерно от щели в малом цилиндре до большого цилиндра, проходя
путь s=R-r, вся установка успеет повернуться на некоторый угол А, и
молекула теперь упадет на поверхность большого цилиндра не там, куда
попадали молекулы при покоившемся приборе, а отстанет(если смотреть по
ходу вращения) на угол А. Программа объясняет, что время t поворота
прибора на этот угол можно найти по формуле t=A/w и оно является также
временем движения молекулы, поэтому ее скорость можно рассчитать так:
v=s/t=(R-r)/t=(R-r)w/A
Таким образом, для нахождения скорости молекулы методом Штерна надо
знать угловую скорость w вращения прибора, измерить разность радиусов
цилиндров R-r и угол А, на который смещены полоски осевшего серебра
при неподвижном и вращающемся приборе.
Далее рассматриваем движение нескольких молекул, имеющих разные
скорости. Экран показывает, что быстрая молекула успевает долететь до
внешнего цилиндра пока установка не успеет повернуться на значительный
угол, поэтому такая молекула упадет недалеко от того места, где оседа-
ли молекулы при неподвижных цилиндрах. Более медленные молекулы позже
доберутся до "финиша" и отстанут тем больше, чем меньше их скорость.
Учитель поясняет, что по этой причине в реальном опыте со многими мо-
лекулами, имеющими различные скорости, полоска осевшего серебра при
вращающемся приборе оказывается значительно шире щели внутреннего ци-
линдра и не имеет четких границ, поскольку, хотя в молекулярном пучке
большинство молекул имеют скорости, близкие к некоторому среднему зна-
чению, но встречаются молекулы и с очень большими, и с очень малыми
скоростями. Толщина слоя серебра в полоске не одинакова и отражает
распределение молекул по скоростям, теоретически полученное Максвеллом
(о котором можно дать представление учащимся программой maxwell). Наи-
большую толщину имеет слой серебра там, куда попадают молекулы, чис-
ленное значение скорости которых наиболее вероятно.
|