抛投试验及零壹分布演示仪的制作方法

本发明涉及一种教学模型，尤其是抛投试验及零壹分布演示仪。

背景技术：

概率的统计特性是随机理论中重要基础知识，在解决有关不定问题中起重要作用，是高中、大学数学中重要的部分，离散型随机量中最为典型和基础性的是零-壹分布和二项分布，其中抛掷均匀硬币、正六面体骰子等试验所表现的过程和结果就是最好的实证，而教师在教学时没有专用的试验器具进行现场演示，顶多采用投掷硬币活动简单说明或事后静态描述性分析，学生在观察学习时缺少实际背景没有看到真实的随机过程和或然事件发生的统计结果，课堂效率不高科学性表现不明显。长时期以来没有发现这方面的综合应用工具或装置，只是出现了一些局部功能或相关的装置，如，专利申请号为201620584403x的文献中给出了“一种高中数学随机变量教学用具”，由支座、弹簧ⅰ、半圆形盒、卡紧装置、滚筒、电磁铁ⅰ、铁板、电磁铁ⅱ、电动推杆、摆动气缸、顶支架、滑轮、电动绕线轮ⅰ、拉绳ⅰ、重物、平衡块和摆动板组成。主要功能是将黑球和白球经机械混合后随机分离成两组，解决的是古典概型中随机试验现象问题，不能演示抛投试验及说明零壹分布特征。专利申请号为cn201220704817.3的文献中给出了“一种正态概率分布演示器”，包括演示板、球筒、n层六棱柱、装球盒等，通过球堆积的投影形式地表现正态概率分布，没有涉及零壹分布方面的演示，系统化和实用性不足。专利申请号为cn201510167393.x的文献中给出了“一种利用正态分布判定设备故障的方法”，在设备正常运行时，于设定的第一时间间隔内采集多个设备运行第一数据，并建立多个设备运行第一数据随时间变化的曲线；计算在设定的第一时间间隔内同一个设备运行第一数据的第一展现次数，并建立正态分布关系曲线，得到95％可信区间。不能演示零壹分布。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

抛投试验及零壹分布演示仪，该装置包括圆盘底架、弹性开关、弹射板、圆管支架、锥面漏斗、圆形舌板、变轨盘、透明外罩和转向射灯，其特征在于：缓冲管，所述缓冲管包括第四圆管、第二圆环盘、第三圆盘和第四圆盘，所述第四圆管是螺纹在内侧面的硬管，所述第四圆管的下底面设有第五圆盘，所述第五圆盘的下表面设有第六撑杆，所述第四圆管中间设有第三圆盘，所述第三圆盘的中心设有十字孔，所述第三圆盘上设有第四圆盘，所述第四圆盘的上表面设有第七撑杆，所述第四圆管的上端设有第二圆环盘，所述第七撑杆的上端从第二圆环盘的内圆孔中穿出，所述弹性开关和弹射板分布固定在圆盘底架上，所述圆管支架置于圆盘底架上面，所述锥面漏斗置于圆管支架内弹射板的上部，所述圆形舌板置于圆管支架上，所述变轨盘置于圆形舌板外面，所述缓冲管分别与变轨盘和弹射板相连，所述透明外罩置于圆形舌板上方，所述转向射灯在透明外罩的顶部；

进一步的技术方案，所述第三圆盘的外表面上有螺纹，

进一步的技术方案，所述第二圆环盘的外圆柱面上有螺纹。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

1、本发明的抛投试验及零壹分布演示仪，操作简单，只要拉动把手就能完成所有的抛投试验、事件发生、结果转换等。

2、本发明的抛投试验及零壹分布演示仪，功能齐全自动化程度高：能连续完成自动回位、抛射、结果识别、状态统计及分布的特征表现等全部的随机试验过程；适用性强：能在多种场合任何视角进行试验、演示和统计分析；结构紧凑成本低廉携带方便，适用于教学、比赛、科普。

3、目前市面上没有该种产品出现，抛投试验及零壹分布演示仪成本低廉安全可靠装置轻巧。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中圆盘底架的结构示意图。

图3是本发明中弹射开关的结构示意图。

图4是本发明中弹射板的结构示意图。

图5是本发明中圆管支架的结构示意图。

图6是本发明中锥面漏斗的结构示意图。

图7是本发明中圆形舌板的结构示意图。

图8是本发明中变轨盘的结构示意图。

图9是本发明中缓冲器的结构示意图。

图10是本发明中透明外罩的结构示意图。

图11是本发明中转向射灯的结构示意图。

附图中：1-圆盘底架、11-第一圆盘、12-矩形槽孔、13-菱形孔、14-螺纹杆、15-调位螺母、16-棱台底座、17-第一钉孔；2-弹性开关、21-第一矩形板、22-第一楔块、23-矩形立板、24-第一圆孔、25-第一圆杆、26-第一圆环盘、27-第一弹簧、28-第一抓手、29-第二钉孔；3-弹射板、31-第二矩形板、32-三角支架、33-弹射筒、34-第二弹簧、35-第一撑杆、36-踏板、37-第二撑杆、38-第二楔块、39-圆轴套、321-第三矩形板、322-三角立板、323-第一圆轴杆、324-第一圆管、325-第三钉孔、331-调向垫板、332-弹射口；4-圆管支架、41-圆管立架、42-圆管内套、43-豁口、44-减震软垫、45-第一阻块、46-第四钉孔、47-圆环卡；5-锥面漏斗、51-第二圆管、52-第一锥面漏斗、53-第二圆环盘、54-第二圆管口、55-第五钉孔；6-圆形舌板、61-第三圆管、62-第二圆轴杆、63-第二圆盘、64-第二圆孔、65-四棱柱楔块、66-内插木块、67-弹簧夹具、68-第二阻块、69-第三圆孔、610-软垫、611-第三撑杆、612-第四撑杆、613-第六钉孔；7-变轨盘、71-柱面板架、72-第四矩形板、73-扇形板、74-第三圆轴杆、75-四棱柱孔、76-第四圆孔、77-第三弹簧、78-椭圆抛物拱面、79-圆弧槽沟、710-第二圆杆、711-长方体垫板、712-第五撑杆、713-圆弧滑块；8-缓冲管、81-第四圆管、82-第二圆环盘、83-第三圆盘、84-第四圆盘、85-第五圆盘、86-第六撑杆、87-第七撑杆、88-十字孔；9-透明外罩、91-第二锥面漏斗、92-第三锥面漏斗、93-外罩上口、94-塞盖、95-第六圆盘、96-第五圆管、97-第四圆孔、98-第六圆管、99-球面轴套c；10-转向射灯、101-圆筒灯架、102-射灯上盖、103-第二抓手、104-锥面遮光板、105-旋转抛物面反射镜、106-第三圆环盘、107-灯座、108-灯头、109-球面轴。

下面结合附图对本发明和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

如图1-11所示，抛投试验及零壹分布演示仪，该装置包括圆盘底架1、弹性开关2、弹射板3、圆管支架4、锥面漏斗5、圆形舌板6、变轨盘7、缓冲管8、透明外罩9和转向射灯10。所述弹性开关2和弹射板3分布固定在圆盘底架1上，所述圆管支架4置于圆盘底架1上面，所述锥面漏斗5置于圆管支架4内弹射板3的上部，所述圆形舌板6置于圆管支架4上，所述变轨盘7置于圆形舌板6外面，所述缓冲管8分别与变轨盘7和弹射板3相连，所述透明外罩9置于圆形舌板6上方，所述转向射灯10在透明外罩9的顶部。

如图1、2所示，圆盘底架1包括第一圆盘11、螺纹杆14、调位螺母15和棱台底座16，所述第一圆盘11是硬平板，所述第一圆盘11中部开设有矩形槽孔12，所述第一圆盘11的外边缘分别设有菱形孔13和第一钉孔17，所述第一圆盘11的下表面设有螺纹杆14，所述螺纹杆14处在圆周上，所述每根螺纹杆14上设有调位螺母15，所述螺纹杆14末端设有棱台底座16。

如图1、3所示，弹射开关2包括第一矩形板21、第一楔块22、矩形立板23、第一圆杆25和第一抓手28，所述第一矩形板21上表面中间设有与之垂直的矩形立板23，所述矩形立板23上端中间设有第一圆孔24，所述第一圆孔24内设有第一圆杆25，所述第一圆杆25的左端末端设有第一抓手28，右端末端设有第一楔块22，所述第一楔块22和矩形立板23之间设有第一弹簧27，所述矩形立板23左侧面设有第一圆环盘26，所述第一圆环盘26的外直径大于第一圆孔24，所述第一矩形板21一端设有第二钉孔29，弹射开关2是用螺钉通过第二钉孔29固定在圆盘底架1中第一圆盘11上的菱形孔13处，第一抓手28伸在外面。

如图1、4所示，弹射板3包括第二矩形板31、三角支架32、弹射筒33、第二弹簧34、第一撑杆35和踏板36，所述第二矩形板31是硬直板，所述第二矩形板31的上表面设有弹射筒33，弹射筒33为圆形管，所述弹射筒33内底部设有调向垫板331，所述调向垫板331是斜截圆柱段，其斜截面的法线正向就是试验物抛出的方向，所述弹射筒33的上顶面为弹射口332。所述第二矩形板31的下表面左端设有第二弹簧34，所述第一矩形板31的左端设有第一撑杆35，所述第一撑杆35的末端设有踏板36，所述第一撑杆35中间套设有圆轴套39，所述第一撑杆35下方设有第二撑杆37，所述第二撑杆37与第一撑杆35垂直，所述第二撑杆37的另一端设有第二楔块38，所述第二矩形板31的右端设有三角支架32，所述三角支架32包括第三矩形板321和三角立板322，所述第三矩形板321的两端分别设有三角立板322，所述三角立板322的上端设有第一圆轴杆323，所述第一圆轴杆323外表面套设有第一圆管324，所述第三矩形板321的中部设有第三钉孔325，所述三角支架32通过第一圆管324与第二矩形板31相接，所述弹射板3是用螺钉通过第三钉孔325固定在圆盘底架1的矩形槽孔12处，踏板36伸在外面，按下踏板36第二楔块38可以与弹射开关2的第一楔块22楔合。

如图1、5所示，圆管支架4包括圆管立架41、圆管内套42和减震软垫44，所述圆管立架41是一段硬直圆管，所述圆管立架41的上端设有与之匹配的圆管内套42，所述圆管内套42的下端外圆柱面与圆管立架41的内壁相接，所述圆管侧壁42上设有第四钉孔46，所述圆管立架41的下端开设有豁口43，所述豁口43的上顶面设有减震软垫44，所述圆管立架41内壁上端设有第一阻块45，所述圆管立架41的下底面边棱上设有圆环卡47，所述圆管支架4是用螺钉通过圆环卡47固定在圆盘底架1的第一钉孔17处，所述豁口43位于弹射机3第一撑杆35的上方。

如图1、6所示，锥面漏斗5包括第二圆管51、第一锥面漏斗52和第二圆环盘53，所述第二圆管51是一段硬直圆管套，所述第二圆管51的上端设有第一锥面漏斗52，所述第一锥面漏斗52的上顶面设有第二圆环盘53，所述第二圆环盘53的内圆周与第一锥面漏斗52相接，所述第二圆环盘53上设有第五钉孔55，所述第二圆管51的下底面为第二圆管口54，所述锥面漏斗5是用螺钉通过第五钉孔55固定在圆管支架4的第一阻块45上，所述第二圆管口54能套在弹射机3的弹射筒33外。

如图1、5、7所示，圆形舌板6包括第三圆管61、第二圆轴杆62和第二圆盘63，所述第三圆管61是一段透明圆管，所述第三圆管61的右左侧壁上依次设有第二圆孔64和第三圆孔69，所述第三圆管61外面第三圆孔69的左右分别设有第三撑杆611和第四撑杆612，所述第三圆管61内侧面上分别设有弹簧夹具67和第二阻块68，所述第二圆孔64和第三圆孔69内设有第二圆轴杆62，所述第二圆轴杆62上端设有第二圆盘63，所述第二圆盘63的直径与第二圆轴杆62重合，所述第二圆盘63的上表面上设有软垫610，在第二圆盘63下表面左部圆周上设有内插木块66，所述内插木块66与弹簧夹具67相对，所述在第二圆轴杆62的末端设有四棱柱楔块65，所述四棱柱楔块65与第二圆轴杆62的中心线一致，所述第三圆管61下部设有第六钉孔613，所述圆形舌板6是将第三圆管61下端套在圆管支架4的圆管内套42上，用销钉穿过第六钉孔613和第四钉孔46固定。

如图1、5、8所示，变轨盘7包括柱面板架71、第四矩形板72、扇形板73和第三圆轴杆74，所述柱面板架71是圆柱面硬板，所述柱面板架71的中部设有第四圆孔76，所述第四圆孔76内设有第三圆轴杆74，所述第三圆轴杆74右端设有四棱柱孔75，所述第三圆轴杆74左端设有垂直的扇形板73，所述第三圆轴杆74固定在扇形板73所在圆的中间，所述扇形板73是透明的优弧硬圆扇形板，所述扇形板73下端近圆弧处设有圆弧槽沟79，所述圆弧槽沟79内设有圆弧滑块713，所述圆弧滑块713上设有第二圆杆710，所述柱面板架71前侧面左端设有长方体垫板711，所述长方体垫板711前面设有第四矩形板72，所述第四矩形板72前侧面左右依次设有第五撑杆712和椭圆抛物拱面78，所述椭圆抛物拱面78是椭圆抛物面被平面所截的顶端部分，所述第五撑杆712上设有第三弹簧77，所述第三弹簧77的另一端与圆弧槽沟79内的第二圆杆710相连，所述第三弹簧77会随第二圆杆710的圆周运动可以在椭圆抛物拱面78上移动，能拉动扇形板73作间歇性转动，所述变轨盘7是将柱面板架71固定在圆形舌板6中第三撑杆611和第四撑杆612上,四棱柱楔块65插入四棱柱孔75内，四棱柱楔块65随扇形板73一起转动。

如图1、3、8-9所示，缓冲管8包括第四圆管81、第二圆环盘82、第三圆盘83和第四圆盘84，所述第四圆管81是螺纹在内侧面的硬管，所述第四圆管81的下底面设有第五圆盘85，所述第五圆盘85的下表面设有第六撑杆86，所述第四圆管81中间设有第三圆盘83，所述第三圆盘83的外表面上有螺纹，所述第三圆盘83的中心设有十字孔88，通过转动十字孔88可以调整第三圆盘83在第四圆管81内的上下位置，所述第三圆盘83上设有第四圆盘84，所述第四圆盘84的上表面设有第七撑杆87，所述第四圆管81的上端设有第二圆环盘82，所述第二圆环盘82的外圆柱面上有螺纹，所述第七撑杆87的上端从第二圆环盘82的内圆孔中穿出，所述缓冲管8是将第六撑杆86的下端与弹射板3的圆轴套39相连，第七撑杆87的上端与变轨盘7的第二圆杆710相连。

如图1、7、10所示，透明外罩9包括第二锥面漏斗91、第三锥面漏斗92、塞盖94和第六圆管98，所述第二锥面漏斗91上口设有第三锥面漏斗92，所述第二锥面漏斗91与第三锥面漏斗92相似都是透明材料且方向相反，所述第三锥面漏斗92的上端设有外罩上口93，所述外罩上口93设有与之匹配的塞盖94，所述塞盖94包括第六圆盘95和第五圆管96，所述第六圆盘95下表面设有第五圆管96，所述第六圆盘95中部开设有第四圆孔97，所述第四圆孔97内设有球面轴套99，所述塞盖94是将第五圆管96插入外罩上口93内，所述第六圆盘95盖在上面，所述第二锥面漏斗91下口内设有第六圆管98，所述透明外罩9是用于保护试验物在投掷过程中能最有效地回到圆形舌板6上显示最终发生结果，所述透明外罩9是将第六圆管98插入圆形舌板6中第三圆管61的上口内。

如图1、11所示，转向射灯10包括圆筒灯架101、第二抓手103、锥面遮光板104、灯座107、灯头108和球面轴109，所述圆筒灯架101是硬圆管，所述圆筒灯架101的上顶面设有射灯上盖102，所述射灯上盖102上表面设有第二抓手103，所述第二抓手103和射灯上盖102通过圆管连接，所述圆筒灯架101的下端口设有第三圆环盘106，所述第三圆环盘106的下表面圆心设有灯座107，所述灯座107下面设有灯头108，所述第三圆环盘106下面设有锥面遮光板104，所述锥面遮光板104内设有旋转抛物面反射镜105，所述圆筒灯架101外面中部设有球面轴109，所述转向射灯10是用于聚光捕捉试验物的装置，所述转向射灯10是将球面轴109置于透明外罩9塞盖94上的球面轴套99内。

本发明的抛投试验及零壹分布演示仪的工作原理是，根据均匀几何体构造随机环境，利用弹性特点和多种曲面分离将一般性的抛投操作构造为随机试验，并把随机数据转化为统计数据表现出来。其特点是：操作简单，只要拉动把手就能完成所有的演示试验和系列分析；功能齐全自动化程度高：能连续完成试验硬币的自动回位、抛射、正反面识别、状态统计及历时记录等全部操作过程；适用性强：能在多种场合任何视角进行试验、演示和统计分析；结构紧凑成本低廉携带方便，适用于教学、比赛、博彩等。

本发明的抛投试验及零壹分布演示仪，具有快速演示抛掷硬币或骰子的随机试验、能将试验结果通过数据表现出来准确反映零壹分布、能完成n重独立试验准确反映二项分布特征演示，操作步骤是：

一、装置组装，1]取圆盘底架1，将其上的棱台底座16置于一个稳固的水平面上，拧动调位螺母15使圆盘底架1处于稳定状态。2]将弹性开关2固定在圆盘底架1中第一圆盘11上的菱形孔13处，第一抓手28伸在外面。3]将弹射板3的三角支架32固定在圆盘底架1的矩形槽孔12处，踏板36处在圆盘底架1外部，按下踏板36第二楔块38被弹射开关2上的第一楔块22锁住，调整好调向垫板331的方向；4]将圆管支架4置于第一圆盘11上的第一钉孔17处并用螺钉固定；5]将锥面漏斗5置于圆管支架4内弹射板3上部并用螺钉固定；6]将圆形舌板6置于圆管支架4上，四棱柱楔块65在圆管支架4豁口43上方，软垫610朝上；7]将变轨盘7固定在圆形舌板6中第三撑杆611和第四撑杆612上,四棱柱楔块65插入四棱柱孔75内。8]卸下缓冲管8上的第二圆环盘82，用十字螺丝刀转动第五圆盘85使其与上面第二圆环盘82的距离等于变轨盘7上扇形板73的直径，再装上第二圆环盘82，把缓冲管8的第六撑杆86的下端与弹射板3的圆轴套39相连，第七撑杆87的上端与变轨盘7的第二圆杆710相连。9]将转向射灯10的球面轴109置于透明外罩9塞盖94上的球面轴套99内。10]将透明外罩9的第六圆管98插入圆形舌板6中第三圆管61的上口内。在转向射灯10的圆筒灯架101内装上电池关闭射灯开关。

二、初始位置调整及符号设置：1]抓住第一抓手28向外拉，弹射板3弹起，到达豁口43的顶部被减震软垫44阻挡并停止；2]将圆形舌板6的第二圆盘63处于水平状态，微调缓冲管8的第六撑杆86与弹射板3的圆轴套39间的距离后固定；3]掀开透明外罩9的塞盖94，将待测物如一枚硬币放在圆形舌板6上，再用塞盖94盖住；4]硬币为现行的中华人民共和国人民币中的一元硬币，有货币数值1符号的一面设为正面，有图案的另一面设为反面。

三、抛投试验：演示抛投一枚均匀硬币自由落下后哪个面朝上的试验，装置处在初始位置时的操作过程是：1]打开转向射灯10开关，将灯光指向硬币。2]硬币回位，按住弹射板3的踏板36向下移动，缓冲管8拉动扇形板73转动，第二圆盘63逐渐倾斜，第三弹簧77在椭圆抛物拱面的上方逐渐被拉伸，当扇形板73转动超过直角时，第三弹簧77从椭圆抛物拱面的上方迅速移到下方，受弹力拉动第二圆盘63处于垂直状态，其上的硬币掉入弹射筒33中，弹射板3下移到低端后被被弹射开关2锁住，3]抛掷硬币，抓住第一抓手28向外拉，弹射板3弹起，缓冲管8向上推动第二圆杆710沿圆弧槽沟79滑动，扇形板73不动第二圆盘63仍处于垂直状态，而第三弹簧77在椭圆抛物拱面的下方被拉伸，当弹射板3到达豁口43的顶部被减震软垫44阻停时，硬币被弹射出去穿过第二圆盘63一旁的空隙进入到进入到透明外罩9内，此时第三弹簧77从椭圆抛物拱面的下方迅速移到上方，第二圆杆710到达圆弧槽沟79顶端，推动扇形板73一起转动，受弹力拉动第二圆盘63迅速转为水平状态，硬币自由落下停止在第二圆盘63的软垫610上；4]确定结果，抓住第二抓手103转动转向射灯10使观点指向硬币，观察朝上的面是正面还是反面，记录结果。

5]试验结束，将装置恢复到初始位置状态。

四、演示零壹分布特征：1]两面均匀几何体试验，通过抛掷硬币试验构造零壹分布特征，在试验前将写有数字“1”的圆纸片贴在硬币的一个面上，把写有数字“0”的圆纸片贴在硬币的另一个面上，再按照抛投试验的操作完成试验，记录的结果是0或1；2]均匀正六面体试验，通过抛掷正六面体骰子试验构造零壹分布特征，在试验前将写有数字“1”的方纸片贴在骰子的一个面上，把写有数字“0”的五块方纸片分别贴在骰子的其它五个面上，再按照抛投试验的操作完成试验，记录的结果是0或1；3]构造壹分布，仿照上述两种方法将类似的试验进行总结，把要强调发生的事件设为壹，把余下事件设为零，试验结果非零即壹，反映事件发生的二体合一性。

五、演示二项分布特征：连续进行多次的零壹试验，记录每一次的试验结果，用统计规律推出二项分布b(n,p)的概率密度。

本发明抛投试验及零壹分布演示仪的经济价值和应用前景：随着技术进步和经济发展，越来越需要先进的装备提高教学效果，急需一种操作简单使用方便的二项分布演示仪，全国共有高等学校2千余所，数量相当可观，其市场前景非常广阔，具有良好的经济收益和社会效益。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。