专利名称：数字式伽尔顿板实验仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字式气体分子速率分布律实验仪，具体是一种数字式伽尔顿板实验仪。
背景技术：
当气体达到平衡状态时，气体分子的运动并没有停息，而是处于无规则运动状态， 即热运动状态。在这种状态下，就某一个分子来说，它向哪个方向运动、运动的速度有多大、 某时刻处在什么位置都是偶然的。但对大量的分子而言，在平衡状态下的温度、压强、密度却是均勻分布的。这就是说在大量的偶然事件中，蕴含着某种规律。大量分子的行为，是牛顿力学的决定性和统计力学的概率性的统一。“伽尔顿板实验”是表明在大量的偶然事件中必存在必然事件的统计规律的实验。 通过这个实验学生很容易理解多粒子系统的统计规律。统计规律是自然界中的重要规律之一，对统计规律的研究具有重大的意义。因而，“伽尔顿板实验”备受人们的关注，近些年来， 人们对“伽尔顿板实验”进行了多方面的研究。据资料显示，目前国内对“伽尔顿板实验”的理论研究和仪器改进可归结为二项式分布研究“伽尔顿板实验”的分布曲线；计算机模拟 “伽尔顿板实验”；双向翻转式“伽尔顿板”。但就仪器本身没有革新性的改进。在理论上，一个小球从上方下落的过程中，与钉子相碰撞后，由于动力学效应，落到仪器底部哪个格子内是随机的，大量的小球从上方下落，却呈现较为确定的规律性。也不难想象，如果不加钉子和格子，让一个小球从上方下落，小球到达仪器底部停在哪个位置也是随即的。大量的小球下落也会呈现出一定的规律性。但不加钉子与格子所显示的规律性说服力不如加上钉子与格子所显示的规律性强。这是因为加上钉子与格子后，小球在下落过程中由于与钉子的碰撞其运动轨迹的随机性增强了，落到某一个格子后，其位置就相应确定了。传统的伽尔顿板实验仪”存在如下不足。一直被实验室延用的“伽尔顿板实验仪” 如图1所示。不难看出图1中三角区的钉子与小球的碰撞几率远小于中间区域钉子与小球的碰撞几率。在小球下落的过程中，由于动力学效应，小球与两三角形区域内的钉子碰撞的几率远远小于与中间钉子的碰撞几率。这样图1 “伽尔顿板实验仪”实验结果的准确性就大大减弱了。全封闭式双伽尔顿板如图2所示，是改进后的“伽尔顿板实验仪”，与图1相比较， 只是将“伽尔顿板实验仪”做成了对称式，中间增加了交叉式隔板，隔板的中间开了个小孔。 它的实验原理与图1相比无任何差别。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种数字式伽尔顿板实验仪，克服小球下落时所受到的动力学约束，增加小球与钉子的碰撞几率，使实验结果更精确，所得理论更加严谨。本发明是以如下技术方案实现的一种数字式伽尔顿板实验仪，包括壳体，在壳体上安装一漏斗；壳体内横向安装有多个可以左右振动的导板；相邻的导板上均勻错位安装有钉子，钉子水平垂直安装在导板上；在导板的一侧安装有挡板，钉子对应的挡板上开有狭缝，挡板的后面安装有导槽，导板在挡板与导槽间通过电磁铁驱动；靠近壳体的底端横向安装有向一侧翻转的底板，底板上均勻竖直安装有多个隔板，隔板的下方安装一滚珠导板，滚珠导板一端对应的壳体上开有滚珠出口 ；壳体内还安装有控制电路板和驱动电路板；控制电路板上设有控制电路，驱动电路板上设有用于驱动导板运动的驱动电路。本发明的有益效果是增强了实验的严谨性和实验结果的精确性，对提高教学质量大有好处。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。图1是伽尔顿板实验原理图；图2是全封闭式双伽尔顿板结构示意图；图3是本发明结构示意图；图4是局部结构示意图；图5是导板安装结构示意图；图6是控制电路与驱动电路图。图中1、壳体，2、隔板，3、挡板，31、狭缝，32、导槽；4、导板，5、钉子，6、漏斗，61、漏斗上口，62、漏斗下口，7、电磁铁，8、导线，9、控制电路板，10、驱动电路板，11、底板，12、滚珠出口，13、滚珠导板，14、弹簧。
具体实施例方式如图1所示，伽尔顿板实验仪在壳体1的侧面上安装有钉子5，在壳体1的底部安装有隔板2 ；三角区的钉子与小球的碰撞几率远小于中间区域钉子与小球的碰撞几率。在小球下落的过程中，由于动力学效应，小球与两三角形区域内的钉子碰撞的几率远远小于与中间钉子的碰撞几率。如图2所示，全封闭式双伽尔顿板只是将图1中的伽尔顿板实验仪做成了对称式， 中间增加了交叉式隔板，隔板的中间开了个小孔。它的实验原理与图1相比无任何差别。如图3和4所示，数字式伽尔顿板实验仪有一壳体1，在壳体1上安装一漏斗6 ；壳体1内横向安装有多个可以左右振动的导板4;相邻的导板上均勻错位安装有钉子5，钉子 5水平垂直安装在导板上；在导板的一侧安装有挡板3，钉子5对应的挡板3上开有狭缝31， 导板4对应的挡板3安装有导槽32，导板4在挡板3与导槽32间通过电磁铁驱动；靠近壳体的底端横向安装有向一侧翻转的底板11，底板11上均勻竖直安装有多个隔板2，隔板2 的下方安装一滚珠导板13，滚珠导板13—端对应的壳体上开有滚珠出口 12 ；壳体内还安装有控制电路板9和驱动电路板10 ；控制电路板9上设有控制电路，驱动电路板10上设有用于驱动导板4运动的驱动电路；驱动电路板通过导线8与电磁铁7连接。如图5所示，所述的导板4的一端通过弹簧14安装在壳体上，另一端通过电磁铁 7安装在壳体上。将数字式气体分子速率分布律实验仪的运动机构与导板、隔板按图安装。 本仪器钉子用普通钢钉，其直径取3mm，钉子的间距取30mm，钉子行距去30mm。钉子垂直固
4定在导板上，导板的一端与弹簧相连，另一端与电磁铁相连。导板与狭缝平行安装，并使钉子穿过狭缝。电磁铁采用MK0421H型；电压为DC5V ；电流为0. 6A REF ；吸和力为120g ；形程 1 2mm。本实施例中，所述的壳体的尺寸为320mmX250mmX 550mm。挡板为3mm 4mm厚， 320mm长，550mm高的亚克利板，在320mmX 550mm的板面上每隔20mm开宽度为3. Imm,长为 300mm的狭缝。所述的导板为3mm厚，6mm宽，310mm长的亚克力板。所述的隔板为3mm厚、 IOOmm宽，150mm高的矩形亚克力板。所述的底板为宽为100mm，长为320mm的亚克力板。所述的底板可以向一侧翻转，在底板的表面上设有3mm的毡，以免钢球落到底部反弹。为了便于取出钢球，底板的底部有一滚珠导板，滚珠导板一端对应的壳体上开有滚珠出口，可让钢球从滚珠出口处滚出。如图6所示，所述的控制电路采用8052单片机最小系统；所述的驱动电路包括与 8052单片机连接的光电耦合器，与光电耦合器连接的三极管和接触器。K为启动与停止开关，释放K仪器进入自动工作状态，按下K仪器停止工作。8052 单片机为中央处理器，C1, C2, HC-49/U"IlMHz构成IlMHz晶振电路。U1 U20为4N25A型光电耦合器，用于隔离驱动电路的干扰信号。855为开关三极管，X1 )(2(1为RELAY-NC5V型接触器，V1 V2tl为MK0421H型、电压为DC6V的电磁铁，用以驱动导板运动。总共40个脚，其中1-8脚为Pl 口，用于控制8个光耦开关，9脚为重启脚，10-17脚为P3 口，用于控制8个光耦开关，18-19脚接晶振，20脚接地，P2 口的21- 脚用于控制4个耦合开关。21、40脚接5V电源，其余脚不接。工作过程将钢球从漏斗上口 61放入，钢球从漏斗下口 62落下，按照8052单片内部设定的程序对继电器进行供电控制，使电磁铁进行无序运动，实现小球与钉子碰撞的随机性。当钢球到一定数量时，底板11向一侧翻转，钢球落入滚珠导板13，通过滚珠出口 12滚出。
权利要求
1.一种数字式伽尔顿板实验仪，包括壳体(1)，其特征在于在壳体(1)上安装一漏斗 (6)；壳体(1)内横向安装有多个可以左右振动的导板；相邻的导板上均勻错位安装有钉子(5)，钉子( 水平垂直安装在导板上；在导板的一侧安装有挡板(3)，钉子( 对应的挡板(3)上开有狭缝(31)，导板(4)对应的挡板(3)安装有导槽(32)，导板(4)在挡板 (3)与导槽(3 间通过电磁铁驱动；靠近壳体的底端横向安装有向一侧翻转的底板(11)， 底板(11)上均勻竖直安装有多个隔板O)，隔板⑵的下方安装一滚珠导板(13)，滚珠导板(13) —端对应的壳体上开有滚珠出口(12)；壳体内还安装有控制电路板(9)和驱动电路板(10)；控制电路板(9)上设有控制电路，驱动电路板(10)上设有用于驱动导板(4)运动的驱动电路。
2.根据权利要求1所述的数字式伽尔顿板实验仪，其特征在于所述的导板的一端通过弹簧安装在壳体上，另一端通过电磁铁安装在壳体上。
3.根据权利要求1所述的数字式伽尔顿板实验仪，其特征在于所述的壳体(1)的尺寸为320mmX 250mmX 550mm ；挡板(3)为3mm 4mm厚，320mm长，550mm高的亚克力板，在 320mmX 550mm的板面上每隔20mm开宽度为3. 1mm，长为300mm的狭缝(31)；所述的导板(4) 为3mm厚，6mm宽，310mm长的亚克力板；所述的隔板为3mm厚、IOOmm宽，150mm高的矩形亚克力板；所述的底板为宽为100mm，长为320mm的亚克力板。
4.根据权利要求1或3所述的数字式伽尔顿板实验仪，其特征在于在底板(11)的表面上设有3mm厚的毡。
5.根据权利1所述的数字式伽尔顿板实验仪，其特征在于所述的控制电路采用8052 单片机最小系统；所述的驱动电路包括与8052单片机连接的光电耦合器，与光电耦合器连接的三极管和接触器。
全文摘要
本发明公开了一种数字式伽尔顿板实验仪，属于一种数字式气体分子速率分布律实验仪。该实验仪有一壳体，在壳体上安装一漏斗；壳体内横向安装有多个可以左右振动的导板；相邻的导板上均匀错位安装有钉子，钉子水平垂直安装在导板上；在导板的一侧安装开有狭缝的挡板，挡板的后面装有导槽，导板在挡板与导槽间运动，导板用电磁铁驱动。靠近壳体的下方安装一滚珠导板，滚珠导板一端对应的壳体上开有滚珠出口；壳体内底端横向安装有向一侧翻转的底板，底板上均匀竖直安装有多个隔板，隔板的安装有控制电路板和驱动电路板；控制电路板上设有控制电路，驱动电路板上设有用于驱动导板运动的驱动电路。优点是增强了实验的严谨性和实验结果的精确性，对提高教学质量大有好处。
文档编号G09B23/12GK102236993SQ201110194709
公开日2011年11月9日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日
发明者李文义, 王兆敏, 魏明 申请人:徐州工程学院