伽尔顿板实验报告

伽尔顿板实验报告

【仪器介绍】

有机玻璃制作的封闭式结构的伽耳顿板。腔内分为贮存室、钉阵和狭槽三部分。粒子贮存室位于腔的上部；钉阵位于腔的中部，由铁钉组成；钉阵下方有狭槽。粒子直径约为.。伽耳顿板主要演示大量偶然事件的统计规律和涨落现象。

【操作与现象】

1．打开活门，将仪器倒置，待粒子全部流入贮存室后，按住活门，再将仪器正置于水

平桌面上。

2．打开并迅速按住活门，尽量使单个或少量粒子下落，可演示个别事件的偶然性。

3．启开活门，大量粒子下落可演示大量粒子按狭槽的分布，从而显示大量偶然事件所服从的统计规律。

4．将仪器放置在投影仪上，可放大观察。用彩笔在面板上将演示结果描绘出来，重复以上三项操作，可演示涨落现象。

本实验是麦克斯韦速率分布的模拟实验，在伽尔顿板上有销钉点阵，在点阵下方设置接受隔槽，每个隔槽接受落球数量于一定水平位置有关。隔槽接受落球数量反映落球按水平方向速度概率密度分布。塑料球集中在粗存储室里，由下方小孔落下，形成不对称分布落在下方隔离槽内，当塑料球全部落下后，便形成对应温度速率分布曲线。

【原理解释】

单个随机事件的结果是无法预测的，如分子运动的速度和方向就是随机事件。描述随机事件只能用概率统计的方法，考察大量随机事件的统计规律性。伽耳顿板演示了大量粒子随机运动的统计规律和涨落现象。单个小球落入哪个槽中是随机的，大量小球的分布却呈现出规律性。某一槽中小球的数量反映了小球落入其中的概率；与分子运动速率作类比，对应于处在某速率区间的分子数。重复实验时，特定槽中每次落入的小球数量大致相同，但又有些许偏差，这就是统计涨落现象。小球从漏斗口落下，在到达底部前，与钉子发生碰撞。对于单个的小球，落到底部的哪一条狭槽完全是随机的，不确定的，但如果不断地从漏斗口放入小球，当小球数量较多时，在板的底部各狭槽内都有一定的小球，且中间狭槽的小球最多，两边狭槽的小球较少。也就是说，对于少量的小球，从漏斗口落下，到达哪一条狭槽完全是随机的，但对于大量的小球，在各狭槽的分布满足一定的统计规律。

【应用】

对于气体分子而言，单个分子的运动是随机的，但大量气体分子热运动的集体表现却服从统计规律。它是不同于个体规律的整体规律，运用统计规律解决问题的前提是存在一个较大个体的系统。对于热力学系统而言，例如封闭在汽缸内的气体，宏观上表现上表现为足够小的体积，但微观上看却是拥有大量的气体分子，利用统计规律进行研究，具备研究的基础，描述热力学系统的宏观量，如压强和温度等，都是大量分子热运动的结果，而对其中一个分子谈压强和温度是没有意义的。