【實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象】
布朗運(yùn)動的演示
(1)把約300粒鋼放入模擬箱內(nèi)，使鋼大體鋪滿箱底層，再將布朗粒子(發(fā)泡塑料塊)放入，這時把浮動活塞插入并蓋上蓋板。在活塞桿上套帶孔的橡膠塞，用它調(diào)節(jié)并固定浮動活塞在定度上(般可在10—15cm度)。
(2)接通電源，振子鋼在振板的撞擊下(振子也相互碰撞)作混亂運(yùn)動。調(diào)節(jié)電壓可使振子混亂運(yùn)動激烈程度變化。這時，可以看到布朗粒子在鋼(分子)碰撞下不斷運(yùn)動。由于布朗粒子形狀不規(guī)則，實(shí)驗(yàn)中可看到布朗粒子邊轉(zhuǎn)邊移動，形成明顯的布朗運(yùn)動。
2.氣體壓強(qiáng)統(tǒng)計意義的演示
(1)實(shí)驗(yàn)原理
理論研究表明，氣體壓強(qiáng)可由分子對某面(如器壁)碰撞成的沖量變化求出，而每瞬間哪些分子碰撞器壁，碰撞時傳給器壁沖量的大小，都具有偶然性，因而反映大量分子碰撞沖量的統(tǒng)計平均(氣體壓強(qiáng))有起伏。起伏的大小與分子數(shù)有關(guān)(起伏與1/n成比例)，當(dāng)分子密度n小時，其起伏就大;而分子數(shù)密度n大時，其起伏小。利用分子運(yùn)動理論演示器就可以演示氣體壓強(qiáng)的這種統(tǒng)計意義。
(2)實(shí)驗(yàn)操作
在方箱中裝幾十個振子，這時振板使少量振子振動成的壓強(qiáng)值就很不穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)時我們看到浮動活塞上下起伏很大;當(dāng)方箱中放入大量振子時，就會看到有個穩(wěn)定的壓強(qiáng)值，這時浮動活塞在大量振子的撞擊下處于某位置，起伏很小。
3.理想氣體狀態(tài)方程的演示
利用分子運(yùn)動理論關(guān)于理想氣體模型的假設(shè)，可推導(dǎo)出理想氣體的狀態(tài)方程，即
或
(74-1)
對于定質(zhì)量(
定或總分子數(shù)
定)的理想氣體，從其狀態(tài)方程可知，當(dāng)溫度
定時，氣體壓強(qiáng)
與分子數(shù)密度
成正比。
在模擬箱中放入振子約300粒，即分子總數(shù)N=300個，如圖74-2所示。在電機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)情況下，由于振板的撞擊成振子的混亂運(yùn)動，產(chǎn)生定壓強(qiáng)(由浮動活塞的重量
表示)，這時可測得浮動活塞在
位置;在電機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)不變情況下，這相當(dāng)于保證溫度
恒定(即成的振子混亂運(yùn)動激烈程度不變)，用備制的砝碼將活動活塞重量增加倍，這時壓強(qiáng)變?yōu)?/p>
，可測得浮動活塞在
位置;當(dāng)壓強(qiáng)為
時，測得容積為
。
由此可知，當(dāng)壓強(qiáng)為
時，相應(yīng)的分子密度
;當(dāng)壓強(qiáng)為
時，
;當(dāng)壓強(qiáng)為
;可見，在溫度定(電機(jī)轉(zhuǎn)速定)時，壓強(qiáng)與粒子數(shù)密度成正比，即
。
4.實(shí)際氣體狀態(tài)方程的演示
(1)實(shí)驗(yàn)原理
對于鋼模型，實(shí)際氣體狀態(tài)方程可寫為：
(74-2)
式中為氣體質(zhì)量，
為氣體摩爾質(zhì)量，
為修正值，
是鋼振子本身的體積。本演示儀可在電機(jī)額定率下(對應(yīng)溫度
定)通過實(shí)驗(yàn)求得
，從而演示實(shí)際氣體狀態(tài)議程。
(2)演示方法
在模擬箱中鋪滿層鋼振子(300粒)，令電機(jī)在某額定轉(zhuǎn)速下，成浮動活塞在A位置，如圖74-2所示。保證電機(jī)額定轉(zhuǎn)速不變，用備制砝碼使浮動活塞加重倍，是活塞達(dá)到B位置。按理想氣體考慮，在溫度
及粒子數(shù)
定情況下，氣體壓強(qiáng)和體積之積為常量，即pV=常量
本實(shí)驗(yàn)對應(yīng)的情況是
則
圖74-2
而
故
依上所述計算，圖中C線上面的容積正是理想氣體分子活動的容積，而C線下到振板(居中位置)的容積
則是實(shí)際氣體分子(鋼振子)本身有定體積所成的體積修正量。實(shí)驗(yàn)測出的大小，再與鋼振子(
粒)本身體積
相比，計算結(jié)果表明：
( 74-3)
由此可見，考慮到分子本身體積的影響，實(shí)際氣體分子活動容積應(yīng)為
，這樣就演示了種氣體的狀態(tài)方程。
5.玻爾茲曼分布律的演示
(1)實(shí)驗(yàn)原理
在重力場中理想氣體分子數(shù)密度按度服從玻爾茲曼分布律，即
(74-4)
(2)演示方法：
1)在模擬箱中放入振子300粒(或更多此)，蓋好蓋板，并把分子數(shù)分離隔槽(多層插板)端頭插在有縫隙的箱擋板中。
2)調(diào)整電壓(般不太大，如5V)使振子振起來，這時大量振子在重力場中按度形成定分布。穩(wěn)定片刻后，迅速用手把多層插板插入模擬箱之中，此時振子就被分離隔槽分割在不同層里。關(guān)掉電源。
3)把方箱向右側(cè)傾斜，各層的振子鋼則在各自的隔槽中排布起來。
觀測各層粒子數(shù)的多少，從隔槽的層起，畫曲線，可以看出該曲線隨著度按的負(fù)數(shù)衰減，從而演示了玻爾茲曼分布律。
