气体分子运动理论模拟

【实验目的】

演示单个分子和大量分子在容器内的运动；演示布朗运动及气体的扩散。

【实验器材】

投影气桌及附件，气源，磁性浮块，如图73-1所示。浮块及气桌边框均由恒磁质制成。

图 73-1

【实验原理】

气流平单板上的小孔吹出形成气垫，浮块在气垫上作漂浮运动，当浮块与气桌边框碰撞或相互碰撞时均受到磁性斥力作用（模拟分子力）。这样就模拟了分子的不规则运动和碰撞的情况，观察其微观过程。

【实验操作与现象】

1．演示单个分子在容器内的运动

将1个红色小浮块放置于气桌上，接通气源电源开关使浮块运动。观察分子的直线运动及与器壁的碰撞。实验说明分子不受碰撞时作直线运动；碰撞时，入射角等于反射角，碰撞一次器壁受到的平均冲力为，如式（73-1）所示。单个分子是间歇打击器壁的。

（73-1）

2．演示大量分子在容器内的运动

将15个红色小浮块及1个绿色小浮块放置于气桌上，接通气源电源开关使浮块运动。观察浮块运动情况。实验说明分子运动杂乱无章；平均自由程的计算方法；平均碰撞频率计算方法；压强的计算方法。

3．演示大量分子在容器内的运动

将大漂浮块1个、小漂浮块20个放置于气桌上，接通气源电源开关使漂浮块运动。观察大漂浮块运动情况。实验说明大漂浮块在受到的分子力的合力不为零时作折线运动，这就是布朗运动。

4．演示大量分子在容器内的运动

（1）把开口挡板置于气桌中央，将气桌一分为二，把数个红色小浮块置于一半气桌面上。

（2）接通气源电源开关，观察红色小浮块通过开口的情况。

（3）断开气源电源开关，将6个红色小浮块置于一半气桌面上，6个绿色小浮块置于另一半气桌面上。

（4）接通气源电源开关，观察两种小浮块通过开口互相混合的情况。

（5）实验说明扩散是由于分子的运动和碰撞产生的。随着分子速度的增加而增加。分子自发扩散的几率大，自发收缩的几率小。

【注意事项】

• 桌的工作面应调至水平。
• 进气量不宜过大，以减少气源噪声。
• 保持气桌清洁，避免堵塞气孔。