Задание №19 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
На рисунке представлены экспериментальные данные о толщине h осевшего слоя молекул, измеренные в различных точках в пределах ширины х
полоски M.
Можно ли на основании проведённого исследования утверждать, что при заданной температуре все молекулы серебра движутся с одинаковой по модулю скоростью? Ответ поясните.
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение.
Для ответа на вопрос задачи проанализируем физический процесс, лежащий в основе эксперимента (опыт Штерна по измерению скоростей молекул). В данном опыте атомы серебра испаряются с нагретой нити и, проходя через узкую щель, попадают на поверхность вращающегося или неподвижного цилиндра (полоска ).
1. Физическая интерпретация графика: На графике представлена зависимость толщины осевшего слоя молекул от координаты вдоль ширины полоски. Толщина слоя прямо пропорциональна количеству молекул, попавших в данную точку. Мы видим, что график имеет форму «колокола» (распределения): есть точка максимума, где толщина слоя наибольшая, и плавное уменьшение толщины слоя при удалении от этого максимума в обе стороны.
2. Связь координаты и скорости: В подобных опытах смещение молекулы от центральной точки напрямую зависит от её скорости . Если бы все молекулы двигались с одной и той же строго определённой скоростью, они все отклонились бы на одно и то же расстояние и осели бы в одном узком месте. В этом случае график представлял бы собой одну очень узкую вертикальную линию (пик) при конкретном значении .
3. Анализ распределения: Наличие размытого профиля (широкой кривой) на графике свидетельствует о том, что молекулы серебра прилетают в разные точки полоски . Это означает, что они обладают различными скоростями: более быстрые молекулы отклоняются меньше, а более медленные — больше. Разная толщина слоя показывает, что количество молекул с разными скоростями неодинаково: больше всего молекул имеют некоторую «наивероятнейшую» скорость (соответствует максимуму ), а молекул с очень маленькими или очень большими скоростями значительно меньше.
4. Вывод: Данное исследование наглядно подтверждает статистический характер распределения скоростей молекул (распределение Максвелла). Утверждать, что все молекулы движутся с одинаковой скоростью, нельзя.
Ответ: Нет, нельзя. Наличие размытого профиля толщины слоя на графике доказывает, что молекулы серебра имеют различные по модулю скорости, распределённые в некотором диапазоне значений.
Источник: ФИПИ