一种概率演示装置

本发明涉及教学辅助设备领域，具体涉及一种概率演示装置。

背景技术：

在数学教学过程中，高尔顿钉板试验是进行概率学深入学习时讲解的模型之一，高尔顿钉板试验的原理是先在板上间隙的分布若干排钉子，在板的上端放入小球，并任由小球自由下落，小球在下落的过程中与板上的钉子发生碰撞，并从钉子的左侧或右侧向下掉落，而小球在下落过程中不断与下方的若干排钉子发生碰撞，最后小球同时发生横向的位移，而不再仅沿直线向下滚动，当小球数量较多时，从板下端各处滚下的小球的数量分布近似正态分布。

高尔顿钉板试验虽然能通过动画的方式进行演示，但是在实际进行演示时，小球向下滚动时还受到摩擦力的作用，且小球向下滚动时还会与钉子发生撞击等，即小球在向下滚动的过程中受到较多外力的作用，在教学过程中必不可免的会有学生对影响小球下落方向的因素产生疑问。

另外，在将正态分布模型应用在生活的中的实际案例中时也往往需要在具体的案例中找出影响结果的因素，故对高尔顿钉板试验的影响因数进行分析也有利于学生通过分析理论模型中的影响因素对试验结果的影响，从而在结合现实案例进行分析时更快的找出影响因素。

技术实现要素：

本发明意在提供一种能够改变影响因素的概率演示装置，以探索哪些因素能够对试验结果造成影响，从而帮助学生理解高尔顿钉板试验、正态分布模型，方便学生深入学习概率学。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种概率演示装置，包括导向单元、阻挡单元、收集单元和若干小球，所述导向单元包括支撑台和透明罩，所述支撑台上设有倾斜面，所述透明罩罩设在倾斜面上并与支撑台固定，所述透明罩的顶部设有与倾斜面上端相对的入口；所述阻挡单元包括沿倾斜面的长度方向分布的若干第一阻挡组件和第二阻挡组件，且第一阻挡组件和第二阻挡组件间隔分布，所述第一阻挡组件包括第一柱体，所述第一柱体安装在倾斜面上并与倾斜面垂直；所述第二阻挡组件包括安装座和第二柱体，所述倾斜面上设有沿倾斜面宽度方向延伸的横向通槽，所述安装座位于横向通槽内并与横向通槽滑动连接，所述安装座的顶部与导向斜面位于同一平面；所述第二柱体安装在安装座上并与安装座的顶部垂直，相邻第一柱体和第二柱体之间形成滚动缝隙，所述滚动缝隙的宽度大于小球的直径。

本方案的有益效果为：

本方案中的安装座能够沿横向通槽滑动，从而使第二柱体相对于第一柱体沿倾斜面的宽度方向滑动，此时第二柱体与两侧的第一柱体之间的滚动缝隙的宽度发生改变，此时可测试两侧滚动缝隙对小球滑落方向的影响，从而影响试验结果。

进一步，支撑台内设有调节腔，所述调节腔与倾斜面相对并位于倾斜面的下方，所述调节腔内滑动密封有活塞板；所述支撑台上固定有驱动件，所述驱动件连接有与活塞板垂直的丝杠，所述丝杠贯穿活塞板并与活塞板构成滚珠丝杠结构；安装座上设有与第二柱体一一对应的调节通道，所述调节通道沿倾斜面长度方向的长度大于第二柱体的直径，所述第二柱体的下端从调节通道延伸至调节腔内并与活塞板，且第二柱体的下端同时与活塞板滑动连接，所述第二柱体与调节通道滑动连接，所述第二柱体上沿轴向分布的第一密封组件和第二密封组件，所述第一密封组件包括沿第二柱体对称的第一密封块和第二密封块，且第一密封块和第二密封块分别位于第二柱体靠近相邻第一柱体的两侧；所述第二密封组件包括沿第二柱体对称的第三密封块和第四密封块，所述第三密封块的长度小于第一密封块的长度，所述第四密封块的长度大于第一密封块的长度，且第一密封块、第二密封块、第三密封块和第四密封块均与调节通道滑动密封。

本方案的有益效果为：当第二密封组件滑动至与倾斜面相对的位置时，由于第三密封块和第四密封块的长度不同，使得第二柱体沿倾斜面的长度方向发生偏移，与前一方案相比，本方案中第二柱体两侧的滚动缝隙的宽度虽然减小，但两侧的滚动缝隙的宽度仍相同，能够用于测试滚动缝隙的宽度是否对小球的滑落方向造成影响，从而影响试验结果。

进一步，第四密封块的上方设有导向板，所述导向板固定在倾斜面的底部，且导向板的上端与调节通道的侧壁相对。

本方案的有益效果为：本方案中的导向板能够对第四密封块的滑动起到导向的作用，在将第四密封块向上推动的同时，使第三密封块和第四密封块滑动至与调节通道相对的位置。

进一步，第二阻挡组件还包括第二支撑杆，所述第二柱体包括安装部和拆卸部，所述安装部为管状并套设在第二支撑杆上，所述第三密封块和第四密封块均位于安装部上，所述拆卸部底部设有开口朝向安装部的螺纹槽，所述螺纹槽与第二支撑杆的上端螺纹配合；所述活塞板上设有与调节通道相对的条形通槽，所述第二支撑杆下端从条形通槽延伸至活塞板下方并与调节腔的底部滑动连接。

本方案的有益效果为：本方案中的第二支撑杆的直径小于拆卸部的外径，在拆除拆卸部后，第二支撑杆作为钉子使用，此时第二支撑杆与相邻第一柱体之间的滚动缝隙的宽度增大。而与将第二柱体沿倾斜面的长度方向滑动相比，本方案中的第二支撑杆与上侧的第二柱体和下侧的第二柱体之间的滚动缝隙的宽度均同时增大，与上述试验结合，能够测试钉子下方的缝隙是否能够对小球的滑落方向造成影响。

进一步，第一阻挡组件包括第一支撑杆，所述第一柱体的结构与拆卸部相同，所述第一柱体与第一支撑杆的上端螺纹配合。

本方案的有益效果为：本方案中的第一柱体从第一支撑杆上拆下后，能够进一步增大滚动缝隙的宽度，提高调整范围。

进一步，安装部的底部固定有密封板，所述密封板与活塞板的顶部相抵并与活塞板滑动连接；所述活塞板将调节腔分隔为冲洗腔和清洁腔，所述冲洗腔和清洁腔分别位于活塞板的上侧和下侧，所述冲洗腔的侧壁连通有进水管，所述透明罩内壁固定能够有喷头。

本方案的有益效果为：本方案中能够通过喷头向倾斜面上喷射润滑油，以减小倾斜面的摩擦系数，当小球沿倾斜面向下滚动时，减小小球受到的摩擦力，能够测试摩擦作用是否对小球的滑落方向造成影响。而测试完成后，本方案可向清洗腔内通入清洗液，当活塞板向上滑动时，当第一密封块、第二密封块均位于调节通道内时能够对调节通道进行封闭，使得活塞板内的压强增大，当第一密封块和第二密封块滑动至倾斜面的上方后，清洗腔内的清洗液在压强的作用下快速从调节通道中喷射处，而第一密封块和第二密封块能够对水流造成阻挡，使得水流沿倾斜面流动，对倾斜面进行冲刷，提高对倾斜面上的润滑油的清洁效果，避免润滑油对另外的测试造成影响。

附图说明

图1为本发明实施例的正视竖向剖视图；

图2为图1的右视图；

图3为图1中a处的放大图；

图4为图3中第二支撑杆沿径向的剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：倾斜面1、挡板11、横向通槽12、连杆13、冲洗腔14、导向槽15、导向板16、加强板17、透明罩2、入口21、出口22、收集篮3、滑动板4、限位杆41、限位座42、第一柱体5、第一支撑杆51、安装部6、拆卸部61、密封板62、第一密封块63、第二密封块64、第三密封块65、第四密封块66、第二支撑杆7、限位板71、活塞板8、条形通槽81、燕尾槽82、安装座9。

实施例

一种概率演示装置，如图1所示，包括导向单元、阻挡单元、收集单元和若干小球，导向单元包括支撑台和透明罩2，支撑台的顶部为左端高于右端的倾斜面1，透明罩2罩设在倾斜面1上并通过螺栓与支撑台固定，透明罩2的顶部设有入口21，且入口21与倾斜面1的上端相对。

阻挡单元包括八个第一阻挡组件和八个第二阻挡组件，本实施例中的第一阻挡组件和第二阻挡组件间隔分布。第一阻挡组件包括至少两个第一支撑杆51和至少两个第一柱体5，入口21位于最上方第一柱体5上方并与最上方的两个第一柱体5之间的空隙相对，支撑台内设有调节腔，调节腔位于倾斜面1的下方，调节腔内滑动密封有活塞板8，活塞板8将调节腔分隔为上方的冲洗腔14和下方的清洁腔。支撑台内设有凹槽，凹槽内通过螺栓固定有驱动件，本实施例中的驱动件采用正反转电机，驱动件的输出轴通过联轴器连接有丝杠，丝杠的上端贯穿活塞板8并与活塞板8构成滚珠丝杠结构。第一支撑杆51垂直于倾斜面1并延伸至清洗腔内，第一支撑杆51的下端与活塞板8的右壁螺纹配合。

如图2所示，倾斜面1上设有八个横向通槽12，本实施例中的横向通槽12与第二阻挡组件一一对应，且横向通槽12沿倾斜面1的宽度方向延伸。第二阻挡组件包括安装座9、至少三个第二支撑杆7和至少三个第二柱体，安装座9位于横向通槽12内且安装座9的上下侧壁与横向通槽12的侧壁相贴、安装座9的长度小于横向通槽12的长度，使得安装座9可沿横向通槽12滑动。安装座9的右端焊接有连杆13，连杆13的右端贯穿横向通槽12并延伸至支撑台右侧；支撑台的右侧设有滑动板4，连杆13的右端通过螺栓安装在滑动板4上。支撑台的顶部和底部均设有l形的限位座42，滑动板4的右端焊接有限位杆41，限位杆41的右端贯穿限位座42并与限位座42间隙配合。

再如图1和图3所示，安装座9的右壁与倾斜面1位于同一平面。安装座9上设有与第二柱体一一对应的调节通道，活塞板8上设有与调节通道相对的条形通槽81，清洁腔与活塞板8相对的侧壁上设有若干导向槽15，且导向槽15与条形通槽81一一对应，如图4所示，本实施例中的条形通槽81和导向槽15均为l形。再如图1和图3所示，第二支撑杆7下端从调节通道延伸至倾斜面1的下方，第二支撑杆7的下端从条形通槽81贯穿活塞板8并延伸入导向槽15内，本实施例中的第二支撑杆7为倒t形，第二支撑杆7的下端过盈配合有环状的限位板71，限位板71按压在清洁腔的侧壁上，对第二支撑杆7进行限位。第二支撑杆7上间隙配合有环状的密封板62，密封板62按压在活塞板8的右壁上，活塞板8的右壁设有与密封板62相对的燕尾槽82，密封板62的底部焊接有燕尾块，且燕尾块位于燕尾槽82内，通过燕尾块与燕尾槽82的配合能够对密封板62进行限位。

第二柱体包括安装部6和拆卸部61，本实施例中的安装部6为筒状并套设在第二支撑杆7上，第二柱体的下端焊接在密封板62上。拆卸部61上设有开口朝向活塞板8的螺纹槽，螺纹槽与第二支撑杆7的上端螺纹配合，且拆卸部61的下端与安装座9的右壁位于同一平面。第一柱体5的结构与拆卸部61相同，第一柱体5与第一支撑杆51的连接方式也与拆卸部61与第二支撑杆7的连接方式相同，相邻的第一柱体5和拆卸部61之间形成滚动缝隙，本实施例中的滚动缝隙的宽度大于小球的直径。

安装部6上设有第一密封组件和第二密封组件，第一密封组件包括第一密封块63和第二密封块64，第二密封组件包括第三密封块65和第四密封块66，第一密封块63和第三密封块65焊接在安装部6的左侧，第二密封块64和第四密封块66焊接在安装部6的右侧，本实施例中的第一密封块63、第二密封块64、第三密封块65和第四密封块66的宽度相同，第一密封块63和第二密封块64的长度相同，第三密封块65的长度小于第四密封块66的长度，第一密封块63和第二密封块64均与调节通道滑动密封。安装部6的右侧设有导向板16，导向板16焊接在冲洗腔14的顶部，且导向板16的上端与调节通道的下端相对，且在第一密封块63滑动至调节通道上方后，第四密封块66与导向板16左壁相贴。导向板16的右侧设有加强板17，加强板17焊接在导向板16和冲洗腔14的顶部，加强板17沿竖向的截面为直角三角形，用于对导向板16进行支撑，避免导向板16变形。

支撑台胶接有进水管，进水管贯穿冲洗腔14的侧壁并与冲洗腔14连通，进水管上安装有阀门，本实施例中的阀门采用现有的截止阀。透明罩2的顶部安装有喷头，喷头通过管道连通有水泵，水泵的进水端连通有进油管。在实际实施时，也可在倾斜面1的下端设置导水槽，透明罩2的后端设置与导水槽相对的排水口，通过导水槽将清洗液导出。

透明罩2的右壁设有若干出口22，支撑台的右壁焊接有l形的限位槽，限位槽内放置有收集篮3，如图2所示，出口22与限位槽一一对应，且出口22位于与相邻第一柱体5之间的空隙相对，倾斜面1的下端还焊接有若干挡板11，挡板11与最下方的第一柱体5一一对应，用于对向下滚落的小球进行导向。

具体实施过程如下：

检测时，先将小球从入口21放至倾斜面1的上方，小球在重力作用下从最上方的第一柱体5之间的空隙向下滚动，当小球与拆卸部61相抵后，由于拆卸部61的阻挡作用，小球从拆卸部61左侧或右侧的滚动缝隙向下滚动；当小球受到下方的第一柱体5的阻挡后，小球再从该第一柱体5左侧或右侧的滚动缝隙向下滚动，以此类推，最后小球滚动至最下方的第一柱体5下方，此时挡板11对小球进行限位，使得小球仅继续沿直线向下滚动，避免小球滚入相邻的收集篮3内，最后小球从下方的出口22落入收集篮3内被收集。

需要测试滚动缝隙的宽度是否对小球滚动方向存在影响时，将滑动板4向右滑动即可使第二柱体和第二支撑杆7向右滑动，使第二柱体左右两侧的滚动缝隙的宽度不同，然后重复上述步骤，将小球放置在倾斜面1上端，并在小球向下滚动的过程中对小球的滑落方向以及每个收集篮3中小球的数量进行观察，当小球的滑落方向和收集篮3中小球的数量出现明显变化时，即证明两侧的滚动缝隙宽度不同对小球的滑落方向产生影响。

如图1所示，在将滑动板4复位后，还能够通过驱动件将活塞板8向上推动，活塞板8向上滑动时将安装部6向上推动，使第一密封块63和第二密封块64滑动至调节通道的上方，此时第三密封块65和第四密封块66向上滑动至调节通道的上端，并使第三密封块65和第四密封块66的右壁与倾斜面1位于同一平面，而在第四密封块66的滑动过程中，第四密封块66与导向板16配合，使第二支撑杆7、安装部6和拆卸部61向左滑动，此时拆卸部61左侧的滚动缝隙的宽度小于拆卸部61右侧的滚动缝隙的宽度，以此测试第二柱体左侧和右侧的滚动缝隙的宽度是否对小球的滑落方向产生影响。在实际实施时，也可将第四密封块66和导向板16设于安装部6的左侧、将第三密封块65设于安装部6的右侧，在此情况下，将安装部6向上滑动时，安装部6向右滑动。

在第一密封块63和第二密封块64的右壁与倾斜面1位于同一平面的情况下，人工拆下拆卸部61和第一柱体5，此时第一支撑杆51和第二支撑杆7作为高尔顿试验的钉子对小球的滚动进行阻挡，由于第一支撑杆51和第二支撑杆7的直径均小于第一柱体5和拆卸部61，故滚动缝隙的宽度增大，且与滑动第二柱体相比，拆下拆卸部61和第二柱体时能够同步增大第一支撑杆51和第二支撑杆7四周的滚动缝隙的宽度，与上述的测试结合，能够进一步测试各处的滚动缝隙的宽度是否对小球的滑落方向产生影响。

需要测试摩擦力是否对小球滑落方向产生影响时，在第一密封块63和第二密封块64的右壁与倾斜面1的右壁位于同一平面且第一柱体5和拆卸部61均分别安装在第二支撑杆7和第一支撑杆51上时，通过喷头将润滑油喷射在倾斜面1、第一密封块63、第二密封块64和安装座9上，减小倾斜面1、第一密封块63、第二密封块64和安装座9的摩擦系数，减小小球滚动受到的摩擦力。而在检测完成后，通过进水管向清洗液加入清洗腔内，并关闭阀门，然后将活塞板8向右推动，由于第一密封块63和第二密封块64对调节通道进行密封，故清洗腔内的压强怎大，当第一密封块63和第二密封块64滑出调节通道后，清洗腔内的清洗液在压强的作用下快速从调节通道流出，而在第一密封块63和第二密封块64的阻挡作用下，水流沿倾斜面1流动，对倾斜面1进行冲刷，提高对润滑油的清洗效果。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。