A. LÝ THUYẾT
1. Tìm hiểu chuyển động trong thí nghiệm của Brao-nơ
Mùa hè năm 1872, nhà bác học Brao-nơ tiến hành thí nghiệm thả hạt phấn hoa có đường kính cơ 0,001mm vào nước và dùng kính hiển vi quan sát chuyển động của hạt phấn hoa, cứ sau 30 giây lại đánh dấu vị trí của các hạt này. Ứng với mỗi hạt phấn hoa sẽ nối đến các điểm vị trí liên tiếp của nó lại với nhau thì được kết quả như hình 20.1.
Hãy lựa chọn các từ / cụm từ hạt phấn hoa, quỹ đạo để điền vào chỗ trống sau:
Vật chất được tạo nên từ các phân tử, nguyên tử, giữa các phân tử, nguyên tử trong vật chất luôn có khoảng cách. Hình ảnh nhà bác học Brao-nơ quan sát được cho thấy các .................... luôn chuyển động không ngừng, có .............................. là đường zic-zắc. Mỗi ...................... chuyển động trên ....................... khác nhau, nhìn tổng thể, các hạt phấn hoa chuyển động hỗn độn, không ngừng. Mỗi phân tử nước có kích thước nhỏ hơn các hạt phấn hoa khoảng 10000 lần nên sự dịch chuyển của hạt phấn hoa chứng tỏ các phân tử nước chuyển động làm thay đổi quỹ đạo của hạt phấn hoa.
Hướng dẫn:
Vật chất được tạo nên từ các phân tử, nguyên tử, giữa các phân tử, nguyên tử trong vật chất luôn có khoảng cách. Hình ảnh nhà bác học Brao-nơ quan sát được cho thấy các hạt phấn hoa luôn chuyển động không ngừng, có quỹ đạo là đường zic-zắc. Mỗi hạt phấn hoa chuyển động trên quỹ đạo khác nhau, nhìn tổng thể, các hạt phấn hoa chuyển động hỗn độn, không ngừng. Mỗi phân tử nước có kích thước nhỏ hơn các hạt phấn hoa khoảng 10000 lần nên sự dịch chuyển của hạt phấn hoa chứng tỏ các phân tử nước chuyển động làm thay đổi quỹ đạo của hạt phấn hoa.
2. Thí nghiệm về mối liên hệ giữa sự chuyển động của các phân tử và nhiệt độ
Đổ 300ml nước vào cốc đong thủy tinh và đặt lên giá đỡ của bếp đèn cồn như hình 20.2. Nhỏ 1-2 giọt mực vào cốc nước. Khi chưa đốt đèn cồn thì quan sát thấy dòng mực chuyển động đi xuống rất từ từ và loãng dẫn ra. Sau đó đốt đèn cồn lên thì thấy dòng mực chuyển động nhanh lên và phân tán rộng ra. Một lúc sau, dung dịch trong cả cốc đong chuyển thành màu của mực.
Hãy đọc mục III và IV trang 72, 73 SGK Vật lí 8 để lựa chọn các từ: khuếch tán, nhiệt độ, phân tử điền vào kết luận sau.
Qua thí nghiệm trên cho thấy các phân tử mực đã chuyển động vào trong khối nước và bị hòa tan vào trong nước, hiện tượng này gọi là hiện tượng ................ Khi đốt đèn cồn thì ........................... khối nước tăng và sự .................... xảy ra nhanh hơn, điều này chứng tỏ ....................... khối nước càng cao thì ................. chuyển động càng nhanh và sự ......................... diễn ra càng mạnh. Hiện tượng các ...................... không đứng yên mà luôn luôn chuyển động không ngừng, sự chuyển động nhanh hay chậm của ................. còn phụ thuộc vào ...................... Nếu ...................... cao thì .................... chuyển động càng nhanh, và ngược lại, được gọi là hiện tượng chuyển động nhiệt của phân tử.
Hướng dẫn:
Qua thí nghiệm trên cho thấy các phân tử mực đã chuyển động vào trong khối nước và bị hòa tan vào trong nước, hiện tượng này gọi là hiện tượng khuếch đại. Khi đốt đèn cồn thì nhiệt độ khối nước tăng và sự khuếch đại xảy ra nhanh hơn, điều này chứng tỏ nhiệt độ khối nước càng cao thì phân tử chuyển động càng nhanh và sự khuếch đại diễn ra càng mạnh. Hiện tượng các phân tử không đứng yên mà luôn luôn chuyển động không ngừng, sự chuyển động nhanh hay chậm của phân tử còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu nhiệt độ cao thì phân tử chuyển động càng nhanh, và ngược lại, được gọi là hiện tượng chuyển động nhiệt của phân tử.
B. Bài tập & Lời giải
Vận tốc trung bình của nguyên tử ở nhiệt độ thường là khoảng 400m/s. Để nghiên cứu được ở mức đơn nguyên tử, người ta cần phải tăng tốc độ chuyển động của chúng lên cỡ gần bằng tốc độ ánh sáng 3.$10^{8}$m/s rồi cho chúng chuyển động ngược chiều với nhau, va chạm với nhau.
Nhà bác học Claude Cohen - Tannoudji đã nhận giải Nobel năm 1997 về làm lạnh nguyên tử xuống gần nhiệt độ tuyệt đối là -273$^{\circ}$C để vận tốc của nó đạt cỡ vài cm/giây đủ chậm cho việc quan sát.
a. Nếu hạt phấn hoa trong thí nghiệm của Brao-nơ mà chuyển động bằng tốc độ nguyên tử ở nhiệt độ thường như mô tả trên thì cứ 30 giây, các hạt phấn hoa di chuyển được quãng đường bằng bao nhiêu ki-lô-mét.
b. Giải thích tại sao hạt phấn hoa trong thí nghiệm của Brao-nơ quan sát được lại không đi được quãng đường lớn như đã tính ở câu a.