Экспериментальное задание 21.1, страница 99 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

Квантовые явления. Параграф 21. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома. Вопросы - страница 99.

Условие.

Экспериментальное задание 21.1

Работаем в группе

Измерение элементарного электрического заряда

Оборудование: стеклянный стакан со слабым раствором соляной кислоты (1—2%-ный), пробирка градуированная, источник постоянного тока, миллиамперметр, переменный резистор, соединительные провода, два электрода, секундомер.

Измерьте электрический заряд иона водорода.

Плотность газообразного водорода при нормальных условиях равна $p = 0,09 \text{ кг/м}^3$, масса молекулы водорода равна $m_{H_2} = 3,34 \cdot 10^{-27} \text{ кг}$.

Содержание работы

При пропускании электрического тока через раствор соляной кислоты к катоду движутся положительные ионы водорода, к аноду — отрицательные ионы хлора. Выделяющийся у катода газообразный водород можно собрать в пробирку и измерить его объём $\text{V}$. Молекула водорода $H_2$ образуется из двух атомов водорода, поэтому число ионов водорода в 2 раза больше числа $\text{N}$ молекул водорода.

При силе тока $\text{I}$ за время $\text{t}$ ионы водорода переносят заряд $\text{q}$, равный $q = It$.

Разделив заряд $\text{q}$ всех ионов водорода на число $\text{n}$ ионов, найдём заряд $\text{e}$ одного иона водорода, или элементарный электрический заряд: $e = \frac{q}{n} = \frac{q}{2N} = \frac{It}{2N}$.

Число $\text{N}$ молекул водорода можно найти, разделив массу $\text{m}$ газообразного водорода в пробирке на массу $m_{H_2}$ одной молекулы водорода, а масса $\text{m}$ водорода в пробирке равна произведению его плотности $\text{p}$ на объём $V: N = \frac{m}{m_{H_2}} = \frac{\rho V}{m_{H_2}}$, $e = \frac{Itm_{H_2}}{2\rho V}$.

Таким образом, в эксперименте нужно измерить силу тока $\text{I}$, время $\text{t}$ прохождения тока через электролит и объём $\text{V}$ выделившегося водорода.

Порядок выполнения задания

1. Заполните градуированную пробирку слабым раствором соляной кислоты до верхнего края. Прикройте пробирку маленьким листом бумаги, переверните вверх дном, опустите её в стакан со слабым раствором кислоты и удалите лист бумаги.

2. Введите внутрь пробирки один конец проводника без изоляции. Остальная часть проводника должна быть покрыта изоляцией. Соедините другой конец этого проводника через миллиамперметр и переменный резистор с отрицательным полюсом источника постоянного тока. Конец проводника, соединённого с положительным полюсом источника тока, опустите в раствор соляной кислоты вне пробирки (рис. 21.8).

3. Включите источник постоянного тока. Регулируя сопротивление резистора, включённого последовательно в электрическую цепь, установите силу тока в цепи 50 мА и включите секундомер. Поддерживайте силу тока в цепи неизменной до выделения в пробирке $10 \text{ см}^3$ водорода и запишите время $\text{t}$ электролиза.

4. Вычислите по значениям объёма $\text{V}$, силы тока $\text{I}$ и времени $\text{t}$ электролиза заряд иона водорода. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

Рис. 21.8

Таблица 21.1

$V, \text{ м}^3$	$\text{N}$	$I, \text{ А}$	$t, \text{ с}$	$e, \text{ Кл}$