一种数学用离散型随机变量演示装置的制作方法

本发明属于数学教学设备技术领域，具体的说是一种数学用离散型随机变量演示装置。

背景技术

数学是研究数量、结构、变化、空间以及信息等概念的一门学科，从某种角度看属于形式科学的一种。而在人类历史发展和社会生活中，数学也发挥着不可替代的作用，也是学习和研究现代科学技术必不可少的基本工具。

随机取值的变量就是随机变量，随机变量分为离散型随机变量与连续型随机变量两种，随机变量的函数仍为随机变量。有些随机变量，它全部可能取到的不相同的值是有限个或可列无限多个，也可以说概率以一定的规律分布在各个可能值上。这种随机变量称为"离散型随机变量"。

现有技术中的离散型随机变量装置存在制作成本高、随机性低、设计不合理的缺点，因此亟需研发一种制作成本低、随机性高、设计合理的数学用离散型随机变量演示装置。

专利文献：一种数学教学用离散型随机变量演示装置，申请号：2016210253699

上述专利文献中，通过圆盘的转动带动连接杆和挡板运动实现混合箱底部开口的打开，从而使球体落下，但是容易出现同时有多个球体落下影响了实验的随机性；同时出料口左右运动使落下的球体穿过出料口时不能落到弧形板的最高点位置，从而使球体落到第一收集框或者第二收集框不具有随机性，从而该装置的实用性差。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明提出的一种数学用离散型随机变量演示装置，本发明提供一种成本低、随机性高的数学用离散型随机变量演示装置。本发明通过采用分配单元使每次只有一个球体落下；同时，阻挡块的设计，使球体卡在阻挡块上，并通过敲击板击打球体使球体通过阻挡板，阻挡板四周变形一致，从而保证球体处于球体出口的中心落下，从而保证了落到第一收集框或者第二收集框具有随机性，提高了演示装置的实用性、操作方便。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种数学用离散型随机变量演示装置，包括箱体、隔板一、隔板二、分配单元、阻挡板、敲击单元、弧形板、支架、第一收集框和第二收集框，所述箱体顶部设置有球体的投入口，箱体底部为漏斗结构，漏斗结构的底部设置有球体出口；所述隔板一水平固定在箱体内部，隔板一与箱体上方空间形成混合腔，球体储存在混合腔内，隔板一上设置有供球体通过的通孔一；所述隔板二水平固定在箱体内部，隔板二位于隔板一的下方，隔板二上设置有供球体穿过的通孔二，通孔一和通孔二的位置相偏离；所述分配单元设置在隔板一和隔板二之间，分配单元用于使每次只有一个球体通过隔板二的通孔二，分配单元包括限定板、推动杆、推动头和弹簧一，所述限定板设置在隔板一和隔板二之间，限定板的上下两端分别与隔板一和隔板二接触，限定板在靠近左侧的部分竖直设置有贯通上下表面的暂存腔，暂存腔用于存放一个球体；所述推动杆水平固定在限定板的右端面上，箱体的右侧壁上水平设置有供推动杆穿过的滑槽，推动杆穿过箱体的滑槽延伸出箱体；所述推动头固定在推动杆的右端，推动头位于箱体的外侧，弹簧一设置在推动杆上，弹簧一位于箱体和推动头之间；所述阻挡板设置在箱体底部的球体出口位置，阻挡板用于阻止穿过隔板二的球体从箱体的球体出口落下，阻挡板为弹性材质，阻挡板内密封有气体；所述敲击单元用于对被阻挡板阻挡的球体进行敲击，使球体顺利通过阻挡板实现竖直下落，敲击单元包括敲击板、弹性绳和齿轮一，所述敲击板铰接在箱体内部，敲击板处于水平位置时与阻挡板上的球体的最高点接触，敲击板在铰接的位置设置有扭簧；所述隔板二上表面设置有沉槽，齿轮一通过转轴安装在隔板二的沉槽内，限定板的底部设置有齿形结构，齿轮一与限定板的齿形结构相啮合；所述弹性绳一端固定在敲击板上，弹性绳另一端缠绕在转轴上；所述弧形板通过支架设置于箱体球体出口下方的中心位置，弧形板的左右两侧对称设置有第一收集框和第二收集框。当需要进行演示教学时，首先向箱体内放入两种相同材质大小、不同颜色的球体，接着用手推动推动头向箱体内部运动，限定板携带着一个球体运动到隔板二的通孔二位置，限定板内的球体顺利地穿过通孔二落下，此时限定板的右侧实体部分位于隔板一的通孔一下方，阻止了混合腔内的球体的落下，实现了一次只允许一个球穿过通孔二，从而保证了实验的随机性，在限定板向左运动的过程中，限定板带动齿轮一逆时针转动使弹性绳卷绕在转轴上，将敲击板翻起，避免球体从通孔二落下后受到敲击板的阻挡，从而球体顺利落到阻挡块上；然后受松开推动头，在弹簧一的弹力作用下限定板被推回初始位置，使暂存腔位于通孔一的正下方，混合腔内的一个球体随机的落入限定板的暂存腔内，在限定板向右运动的过程中，限定板带动齿轮一顺时针转动使弹性绳从转轴上松开，敲击板在扭簧的作用下逆时针转动对阻挡块上的球体进行击打，球体受冲击力顺利穿过阻挡块从球体出口落下，落下的球体撞击弧形板后随机地落入第一收集框或者第二收集框，重复上述操作，使球体逐一落下；然后，操作人员就可以观察第一收集框或第二收集框内两种相同材质大小不同颜色球体的数量，进行统计分析。

所述箱体内还设置有搅动单元，搅动单元用于对混合腔内的球体进行搅动，从而增加混合腔内球体的混乱程度，保证实验的随机性，搅动单元包括传动轴、拨杆、转盘、搅动杆和搅动板，所述传动轴水平安装在箱体的右侧壁上，传动轴的外圆周表面设置有螺旋槽，传动轴位于隔板一的上方；所述拨杆下端固定在推动头上，拨杆上端设置有固定销，固定销位于传动轴的螺旋槽内；所述转盘位于箱体内，转盘固定在传动轴的左端；所述搅动杆数量至少为二，搅动杆右端固定在转盘的左端面上，搅动杆与水平面呈倾斜状；所述搅动板固定在搅动杆上，搅动板用于对混合腔内的球体进行搅动。在推动推动头向箱体内部运动时，拨杆随着推动头向左移动，由于传动轴内的固定销随着拨杆水平移动，从而推动传动轴转动，传动轴的转动带动转盘转动，使得搅动杆在混合腔内转动，搅动板对混合腔内的球体进行充分的搅动，增加球体的混乱程度和球体从通孔一下落的随机性、保证了实验的效果。

所述阻挡板为分块式结构，阻挡板为刚性材质，阻挡板沿径向方向分割为至少三块，阻挡板的外侧沿箱体的径向方向水平设置有活动杆，活动杆的数量与阻挡块的数量相同，活动杆上套有弹簧二，弹簧二位于阻挡块和箱体内壁之间，箱体上设置有供活动杆水平穿过的通槽，活动杆穿出箱体的通槽向外延伸，活动杆在箱体外的一端设置有齿轮二；所述齿轮二轴线与活动杆的轴线重合，齿轮二通过空心转轴转动安装在箱体的外侧壁上，齿轮二中心沿轴线方向设置有光孔，光孔的直径大于活动杆的直径，光孔的内壁设置有螺旋滑槽，活动杆穿过空心转轴和齿轮二的光孔；所述活动杆表面设置有拨动杆，拨动杆位于齿轮二的螺旋滑槽内，齿轮二的上方与箱体同轴设置有齿盘；所述齿盘转动安装在箱体上，齿盘下表面设置有齿形结构，齿盘与下方的齿轮二相啮合。球体从在重力作用下从通孔二落下后，落到阻挡块上，阻挡块将球体挡住，当松开推动头后，随着限定板向右运动，敲击板对球体进行快速击打，冲击力使球体下压阻挡块，阻挡块随着活动杆水平向外运动，活动杆的运动使齿轮二转动，齿轮二转动带动齿轮转动，从而使每个齿轮二均同时转动，实现了阻挡块的均匀扩张，保证了球体从箱体的球体出口的中心落下，从而达到了随机的效果。

所述隔板一和隔板二之间设置有弹性气囊，弹性气囊固定在箱体的左侧。弹性气囊的存在一方面避免了限定板直接撞击箱体的左侧内壁，另一方面弹性气囊受压缩后有利于限定板的快速复位，提高了装置的演示效率。

所述弧形板的弧度为60°。弧形板的设计能够使球体下落后随机地落入第一收集框或第二收集框内。

所述第一收集框和第二收集框内均设置有海绵垫，海绵的存在避免了球体的反弹，从而保证了演示的顺利进行。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所述的一种数学用离散型随机变量演示装置，本发明通过采用分配单元使每次只有一个球体落下；同时，阻挡块的设计，使球体卡在阻挡块上，并通过敲击板击打球体使球体通过阻挡板，阻挡板四周变形一致，从而保证球体处于球体出口的中心落下，从而保证了落到第一收集框或者第二收集框具有随机性，提高了演示装置的实用性、操作方便。

2.本发明所述的一种数学用离散型随机变量演示装置，本发明采用的分配单元在运动时带动混合腔内的搅动板转动对混合腔内的球体进行搅动，使落到分配单元上的球体具有随机性，提高了实验的准确性。

3.本发明所述的一种数学用离散型随机变量演示装置，本发明将阻挡块分割为多块，同时阻挡块设置为刚性，再通过齿轮二与齿盘的啮合运动，使各阻挡块均匀一致的扩张，保证了球体通过阻挡块时始终处于球体出口的中心位置，从而再次保证了实验的随机性。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明图1中的a-a剖视图；

图3是本发明图1中的b-b剖视图；

图中：箱体1、隔板一11、隔板二12、分配单元2、阻挡板3、敲击单元4、弧形板5、支架6、第一收集框7、第二收集框8、球体出口13、混合腔14、通孔一111、通孔二121、限定板21、推动杆22、推动头23、暂存腔211、敲击板41、弹性绳42、齿轮一43、搅动单元9、传动轴91、拨杆92、转盘93、搅动杆94、搅动板95、固定销96、活动杆31、齿轮二32、空心转轴33、齿盘34、弹性气囊10。

具体实施方式

使用图1-图3对本发明一实施方式的一种数学用离散型随机变量演示装置如下说明。

如图1和图2所示，本发明所述的一种数学用离散型随机变量演示装置，包括箱体1、隔板一11、隔板二12、分配单元2、阻挡板3、敲击单元4、弧形板5、支架6、第一收集框7和第二收集框8，所述箱体1顶部设置有球体的投入口，箱体1底部为漏斗结构，漏斗结构的底部设置有球体出口13；所述隔板一11水平固定在箱体1内部，隔板一11与箱体1上方空间形成混合腔14，球体储存在混合腔14内，隔板一11上设置有供球体通过的通孔一111；所述隔板二12水平固定在箱体1内部，隔板二12位于隔板一11的下方，隔板二12上设置有供球体穿过的通孔二121，通孔一111和通孔二121的位置相偏离；所述分配单元2设置在隔板一11和隔板二12之间，分配单元2用于使每次只有一个球体通过隔板二12的通孔二121，分配单元2包括限定板21、推动杆22、推动头23和弹簧一，所述限定板21设置在隔板一11和隔板二12之间，限定板21的上下两端分别与隔板一11和隔板二12接触，限定板21在靠近左侧的部分竖直设置有贯通上下表面的暂存腔211，暂存腔211用于存放一个球体；所述推动杆22水平固定在限定板21的右端面上，箱体1的右侧壁上水平设置有供推动杆22穿过的滑槽，推动杆22穿过箱体1的滑槽延伸出箱体1；所述推动头23固定在推动杆22的右端，推动头23位于箱体1的外侧，弹簧一设置在推动杆22上，弹簧一位于箱体1和推动头23之间；所述阻挡板3设置在箱体1底部的球体出口13位置，阻挡板3用于阻止穿过隔板二12的球体从箱体1的球体出口13落下，阻挡板3为弹性材质，阻挡板3内密封有气体；所述敲击单元4用于对被阻挡板3阻挡的球体进行敲击，使球体顺利通过阻挡板3实现竖直下落，敲击单元4包括敲击板41、弹性绳42和齿轮一43，所述敲击板41铰接在箱体1内部，敲击板41处于水平位置时与阻挡板3上的球体的最高点接触，敲击板41在铰接的位置设置有扭簧；所述隔板二12上表面设置有沉槽，齿轮一43通过转轴安装在隔板二12的沉槽内，限定板21的底部设置有齿形结构，齿轮一43与限定板21的齿形结构相啮合；所述弹性绳42一端固定在敲击板41上，弹性绳42另一端缠绕在转轴上；所述弧形板5通过支架6设置于箱体1球体出口13下方的中心位置，弧形板5的左右两侧对称设置有第一收集框7和第二收集框8。当需要进行演示教学时，首先向箱体1内放入两种相同材质大小、不同颜色的球体，接着用手推动推动头23向箱体1内部运动，限定板21携带着一个球体运动到隔板二12的通孔二121位置，限定板21内的球体顺利地穿过通孔二121落下，此时限定板21的右侧实体部分位于隔板一11的通孔一111下方，阻止了混合腔14内的球体的落下，实现了一次只允许一个球穿过通孔二121，从而保证了实验的随机性，在限定板21向左运动的过程中，限定板21带动齿轮一43逆时针转动使弹性绳42卷绕在转轴上，将敲击板41翻起，避免球体从通孔二121落下后受到敲击板41的阻挡，从而球体顺利落到阻挡块上；然后受松开推动头23，在弹簧一的弹力作用下限定板21被推回初始位置，使暂存腔211位于通孔一111的正下方，混合腔14内的一个球体随机的落入限定板21的暂存腔211内，在限定板21向右运动的过程中，限定板21带动齿轮一43顺时针转动使弹性绳42从转轴上松开，敲击板41在扭簧的作用下逆时针转动对阻挡块上的球体进行击打，球体受冲击力顺利穿过阻挡块从球体出口13落下，落下的球体撞击弧形板5后随机地落入第一收集框7或者第二收集框8，重复上述操作，使球体逐一落下；然后，操作人员就可以观察第一收集框7或第二收集框8内两种相同材质大小不同颜色球体的数量，进行统计分析。

如图1所示，所述箱体1内还设置有搅动单元9，搅动单元9用于对混合腔14内的球体进行搅动，从而增加混合腔14内球体的混乱程度，保证实验的随机性，搅动单元9包括传动轴91、拨杆92、转盘93、搅动杆94和搅动板95，所述传动轴91水平安装在箱体1的右侧壁上，传动轴91的外圆周表面设置有螺旋槽，传动轴91位于隔板一11的上方；所述拨杆92下端固定在推动头23上，拨杆92上端设置有固定销96，固定销96位于传动轴91的螺旋槽内；所述转盘93位于箱体1内，转盘93固定在传动轴91的左端；所述搅动杆94数量至少为二，搅动杆94右端固定在转盘93的左端面上，搅动杆94与水平面呈倾斜状；所述搅动板95固定在搅动杆94上，搅动板95用于对混合腔14内的球体进行搅动。在推动推动头23向箱体1内部运动时，拨杆92随着推动头23向左移动，由于传动轴91内的固定销96随着拨杆92水平移动，从而推动传动轴91转动，传动轴91的转动带动转盘93转动，使得搅动杆94在混合腔14内转动，搅动板95对混合腔14内的球体进行充分的搅动，增加球体的混乱程度和球体从通孔一111下落的随机性、保证了实验的效果。

如图3所示，作为本发明的另一种实施方式，所述阻挡板3为分块式结构，阻挡板3为刚性材质，阻挡板3沿径向方向分割为至少三块，阻挡板3的外侧沿箱体1的径向方向水平设置有活动杆31，活动杆31的数量与阻挡块的数量相同，活动杆31上套有弹簧二，弹簧二位于阻挡块和箱体1内壁之间，箱体1上设置有供活动杆31水平穿过的通槽，活动杆31穿出箱体1的通槽向外延伸，活动杆31在箱体1外的一端设置有齿轮二32；所述齿轮二32轴线与活动杆31的轴线重合，齿轮二32通过空心转轴33转动安装在箱体1的外侧壁上，齿轮二32中心沿轴线方向设置有光孔，光孔的直径大于活动杆31的直径，光孔的内壁设置有螺旋滑槽，活动杆31穿过空心转轴33和齿轮二32的光孔；所述活动杆31表面设置有拨动杆，拨动杆位于齿轮二32的螺旋滑槽内，齿轮二32的上方与箱体1同轴设置有齿盘34；所述齿盘34转动安装在箱体1上，齿盘34下表面设置有齿形结构，齿盘34与下方的齿轮二32相啮合。球体从在重力作用下从通孔二121落下后，落到阻挡块上，阻挡块将球体挡住，当松开推动头23后，随着限定板21向右运动，敲击板41对球体进行快速击打，冲击力使球体下压阻挡块，阻挡块随着活动杆31水平向外运动，活动杆31的运动使齿轮二32转动，齿轮二32转动带动齿轮转动，从而使每个齿轮二32均同时转动，实现了阻挡块的均匀扩张，保证了球体从箱体1的球体出口13的中心落下，从而达到了随机的效果。

如图1所示，所述隔板一11和隔板二12之间设置有弹性气囊10，弹性气囊10固定在箱体1的左侧。弹性气囊10的存在一方面避免了限定板21直接撞击箱体1的左侧内壁，另一方面弹性气囊10受压缩后有利于限定板21的快速复位，提高了装置的演示效率。

如图1所示，所述弧形板5的弧度为60°。弧形板5的设计能够使球体下落后随机地落入第一收集框7或第二收集框8内。

如图1所示，所述第一收集框7和第二收集框8内均设置有海绵垫，海绵的存在避免了球体的反弹，从而保证了演示的顺利进行。

具体流程如下：

当需要进行演示教学时，首先向箱体1内放入两种相同材质大小、不同颜色的球体，接着用手推动推动头23向箱体1内部运动，限定板21携带着一个球体运动到隔板二12的通孔二121位置，限定板21内的球体顺利地穿过通孔二121落下，此时限定板21的右侧实体部分位于隔板一11的通孔一111下方，阻止了混合腔14内的球体的落下，实现了一次只允许一个球穿过通孔二121，从而保证了实验的随机性，在限定板21向左运动的过程中，限定板21带动齿轮一43逆时针转动使弹性绳42卷绕在转轴上，将敲击板41翻起，避免球体从通孔二121落下后受到敲击板41的阻挡，从而球体顺利落到阻挡块上；然后受松开推动头23，在弹簧一的弹力作用下限定板21被推回初始位置，使暂存腔211位于通孔一111的正下方，混合腔14内的一个球体随机的落入限定板21的暂存腔211内，在限定板21向右运动的过程中，限定板21带动齿轮一43顺时针转动使弹性绳42从转轴上松开，敲击板41在扭簧的作用下逆时针转动对阻挡块上的球体进行击打，球体受冲击力顺利穿过阻挡块从球体出口13落下，落下的球体撞击弧形板5后随机地落入第一收集框7或者第二收集框8，重复上述操作，使球体逐一落下；然后，操作人员就可以观察第一收集框7或第二收集框8内两种相同材质大小不同颜色球体的数量，进行统计分析。

在推动推动头23向箱体1内部运动时，拨杆92随着推动头23向左移动，由于传动轴91内的固定销96随着拨杆92水平移动，从而推动传动轴91转动，传动轴91的转动带动转盘93转动，使得搅动杆94在混合腔14内转动，搅动板95对混合腔14内的球体进行充分的搅动，增加球体的混乱程度和球体从通孔一111下落的随机性、保证了实验的效果。

球体从在重力作用下从通孔二121落下后，落到阻挡块上，阻挡块将球体挡住，当松开推动头23后，随着限定板21向右运动，敲击板41对球体进行快速击打，冲击力使球体下压阻挡块，阻挡块随着活动杆31水平向外运动，活动杆31的运动使齿轮二32转动，齿轮二32转动带动齿轮转动，从而使每个齿轮二32均同时转动，实现了阻挡块的均匀扩张，保证了球体从箱体1的球体出口13的中心落下，从而达到了随机的效果。

弹性气囊10的存在一方面避免了限定板21直接撞击箱体1的左侧内壁，另一方面弹性气囊10受压缩后有利于限定板21的快速复位，提高了装置的演示效率。

以上，关于本发明的一种实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内能够进行各种变更。

工业实用性

根据本发明，此数学用离散型随机变量演示装置，本发明通过采用分配单元使每次只有一个球体落下；同时，阻挡块的设计，使球体卡在阻挡块上，并通过敲击板击打球体使球体通过阻挡板，阻挡板四周变形一致，从而保证球体处于球体出口的中心落下，从而保证了落到第一收集框或者第二收集框具有随机性，提高了演示装置的实用性、操作方便，从而此数学用离散型随机变量演示装置在数学教学设备领域中是有用的。