【实验操作与现象】

　　布朗运动的演示

　　(1)把约300粒钢球放入模拟箱内，使钢球大体铺满箱底层，再将布朗粒子(发泡塑料块)放入，这时把浮动活塞插入并盖上盖板。在活塞杆上套带孔的橡胶塞，用它调节并固定浮动活塞在定度上(般可在10—15cm度)。

　　(2)接通电源，振子钢球在振板的撞击下(振子也相互碰撞)作混乱运动。调节电压可使振子混乱运动激烈程度变化。这时，可以看到布朗粒子在钢球(分子)碰撞下不断】运动。由于布朗粒子形状不规则，实验中可看到布朗粒子边转边移动，形成明显的布朗运动。

　　2.气体压强统计意义的演示

　　(1)实验原理

　　理论研究表明，气体压强可由分子对某面(如器壁)碰撞成的◎冲量变化求出，而每瞬间哪些分子碰撞器壁，碰撞时传给器壁冲量的大小，都具有偶然性，因而反映大量分子碰撞冲量的统计平均(气体压强)必有起伏。起伏的大小与分子数有关(起伏与1/n成比例)，当分子密度n小时，其起伏就大;而分子数密度n大时，其起伏小。利用分子运动理论演示器就可以演示气体压强的这种统计意义。

　　(2)实验操作

　　在方箱中装几十个振子，这时振板使少量振子振动成的压强值就很不稳定，实验时我们看到浮动活塞上下起伏很大;当方箱中放入大量振子时，就会看到有个稳定的压强值，这时浮动活塞在大量振子的撞击下处于某位置，起伏很小。

　　3.理想气体状态方程的演示

　　利用分子运动理论关于理想气体模型的假设，可推导出理想气体的状态方程，即

或

(74-1)

　　对于定质量(

定或总分子数

定)的理想气体，从其状态方程可知，当温度

定时，气体压强

与分子数密度

成正比。

　　在模拟箱中放入振子约300粒，即分子总数N=300个，如图74-2所示。在电机□　额定转数情况下，由于振板的撞击成振子的混乱运动，产生定压强(由浮动活塞的重量

表示)，这时可测得浮动活塞在

位置;在电机额定转数不变情况下，这相当于保证温度

恒定(即成的振子混乱运动激烈程度不变)，用备制的砝码将活动活塞重量增加倍，这时压强变为

，可测得浮动活塞在

位置;当压强为

时，测得容积为

。

　　由此可知，当压强为

时，相应的分子密度

;当压强为

时，

;当压强为

;可见，在温度定(电机转速定)时，压强与粒子数密度成正比，即

。

　　4.实际气体状态方程的演示

　　(1)实验原理

　　对于钢球模型，实际气体状态方程可写为：

(74-2)

　　式中为气≡体质量，

为气体摩尔质量，

为修正值，

是钢球振子本身的体积。本演示仪可在电机额定功率下(对应温度

定)通过实验求得

，从而演示实际气体状态议程。

　　(2)演示方法

　　在模拟箱中铺满层钢球振子(300粒)，令电机在某额定转速下，成浮动活塞在A位置，如图74-2所示。保证电机额定转速不变，用备制砝码使浮动活塞加重倍，是活塞达到B位置。按理想气体考虑，在温度

及粒子数

定情况下，气体压强和体积之积为常量，即pV=常量

　　本实验对应的情况是

　　则

　　图74-2

　　而

　　故

　　依上所述计算，图中C线上面的容积正是理想气体分子活动的容积，而C线下到振板(居中位置)的容积

则是实际气体分子(钢球振子)本身有定体积所成的体积修正量。实验测出的大小，再与钢球振子(

粒)本身体积

相比，计算结果表明：

( 74-3)

　　由此可见，考虑到分子本身体积的影响，实际气体分子活动容积应为

，这样就演示了种气体的状态方程。

　　5.玻尔兹曼分布律≡的演示

　　(1)实验原理

　　在重力场中理想气体分子数密度按度服从玻尔兹曼分布律，即

(74-4)

　　(2)演示方法：

　　1)在模拟箱中放入振子300粒(或更多此)，盖好盖板，并把分子数分离隔槽(多层插板)端头插在有缝隙的箱挡板中。

　　2)调整电压(般不必太大，如5V)使振子振起来，这时大量振子在重力场中按度形成定分布。稳定片刻▲后，迅速用手把多层插板插入模拟箱之中，此时振子就被分离隔槽分割在不同层里。关掉电源。

　　3)把方箱向右侧倾斜，各层的振子钢球则在各自的隔槽中排布起来。

　　观测各层粒子数的多少，从隔槽的层起，画曲线，可以看出该曲线随着度按的负指数衰减，从而演示了玻尔兹曼分布律。