CN110232849A - 一种高等数学概率演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高等数学概率演示装置，包括存储箱，存储箱上设用于将针型杆摊平的推平装置，存储箱的下方设依次固定连接的箱体一和箱体二，箱体一和存储箱相邻的面上均布有多个狭缝，箱体一的内顶面设用于实现针型杆随机分布的搅拌装置；箱体一内设用于改变洒落到外沿的针型杆下落路径的回弹装置，箱体一与箱体二相邻的面是透光材料，箱体二内设用于实现在箱体二顶面进行平行线投影的投影装置，搅拌装置的下方设摄影装置，摄影装置用于实现对下落到箱体二顶面的针型杆的分布状态的拍照，箱体二的外沿设控制器和与控制器电连接的供电装置，推平装置、搅拌装置、回弹装置、投影装置和摄影装置分别与控制器电连接。本发明实用性好，值得推广。

Description

一种高等数学概率演示装置

技术领域

本发明属于教学演示用品技术领域，具体涉及一种高等数学概率演示装置。

背景技术

常规的概率论授课过程中，大多都是基于单纯的理论性讲解，只有几个为数不多的实验可以供学生观看，其中的一个就是普丰概率实验，但是普丰概率实验的模拟有很多的困难，常规的实验中采用的都是人力重复投针，可是这种投针方式，会受到个人习惯或者偏好的影响，产生在某一个区域内比较集中或者有方向性的问题，所以根本无法满足实验所要求的符合随机分布的规律，且人为重复投针的多次实验模式下，需要耗费很多的时间和人力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高等数学概率演示装置，以便解决现有技术中的不足。

本发明的技术方案是：

一种高等数学概率演示装置，包括用于存储针型杆的存储箱，所述存储箱上设置有用于将针型杆摊平的推平装置，所述存储箱的下方设置有依次固定连接的箱体一和箱体二，所述箱体一和存储箱相邻的面上均布有多个用于针型杆下落的狭缝，所述箱体一的内顶面设置有用于实现针型杆随机分布的搅拌装置；所述箱体一内还设置有用于改变洒落到外沿的针型杆下落路径的回弹装置，所述箱体一与箱体二相邻的面是透光材料，所述箱体二内设置有用于实现在箱体二顶面进行平行线投影的投影装置，所述搅拌装置的下方设置有摄影装置，所述摄影装置用于实现对下落到箱体二顶面的针型杆的分布状态的拍照，所述箱体二的外沿还设置有控制器和与控制器电连接的供电装置，所述推平装置、搅拌装置、回弹装置、投影装置和摄影装置分别与控制器电连接。

优选的，所述推平装置包括固定在存储箱上表面上的电机一，所述电机一的输出轴垂直穿入存储箱后通过联轴器连接有伸缩装置，所述伸缩装置背离电机的末端与刮板的中间垂直固定。

优选的，所述搅拌装置包括与箱体一的内顶面固定的电机二，所述电机二的输出轴上套装固定有套环，所述套环的周向均布设置有多个拨杆，所述套环背离电机二的一端固定连接有摄影装置。

优选的，所述回弹装置包括固定在箱体二内底面用于实现正反向驱动用的电机三，所述电机三的输出杆竖直放置且输出杆的末端通过轴承套装固定在支撑体上，所述支撑体设置在箱体二顶面的下方，所述电机三的输出杆中部套装固定有套筒，所述套筒的周向均布有至少两个水平设置的连杆，所述连杆的一端与套筒固定，所述连杆的另一端垂直固定有驱动杆，所述驱动杆经由箱体二内穿入箱体一内，并在驱动杆背离连杆的一端末端设置有弧形的弹性板，所述弹性板背离驱动杆的一端通过导向装置与箱体一内顶面滑动连接。

优选的，所述支撑体包括依次固定连接的板体一、板体二和板体三，所述板体二水平设置，所述板体一和板体三分别与板体二垂直，所述板体一和板体三背离板体二的一端分别与箱体二顶面固定连接，所述板体二的中部朝向箱体一的一侧固定连接投影装置。

优选的，所述导向装置包括设置在箱体一内顶面的弧形凹槽内的多个滚轮，所述滚轮通过支架设置在弹性板的顶端。

优选的，所述箱体二的上表面上设置有水平仪，所述箱体二的下方设置有方便移动的万向轮，所述箱体二的侧面对称的设置有与箱体二固定连接的支耳，支耳上螺纹连接有水平调整螺杆，水平调整螺杆的下端固定连接支座。

优选的，所述箱体一的侧壁上设置有用于回收针型杆的出口。

优选的，所述弹性板靠近箱体一内底面的一端设置有防止针型杆经由箱体一内底面开设的通槽落入箱体二内的防护板。

本发明提供的一种高等数学概率演示装置，通过使用存储箱上的推平装置不停的搅动存储箱内的针型杆，将底层的针型杆尽可能的摊平在存储箱底面，当某个针型杆的位置刚好与箱体一和存储箱相邻的面上的狭缝一致时，即可从狭缝中下落到箱体一内，因为不清楚哪个狭缝中会下落针型杆，因此此时形成针型杆的第一次路径随机，箱体一的内顶面上设置有搅拌装置，搅拌装置的驱动用电机二随机不定时的以正反向交替方向的方式旋转，带动其下方的套环和多个拨杆同步转动，当下落的针型杆碰到拨杆时，便会被拨杆碰撞改变其原有的下落轨迹，此时形成针型杆的第二次路径随机，部分针型杆会洒落到外沿碰上弹性板，弹性板在其下方的驱动电机三的作用下随机不定时的以正反向交替方向的方式旋转，碰上弹性板的针型杆便会被弹性板反弹改变其原有的下落轨迹，此时形成针型杆的第三次路径随机后，针型杆下落到箱体一内底面。本分明提供的装置通过设置在搅拌装置的下方的摄影装置实现对针型杆的最终状态的采集，将摄影装置采集到的图像信号通过无线信号传递到外部的图像处理与分析装置上，如计算机上进行结果判定，并进行结果的记录，进行大量次数的重复试验，即可求出精确的π值。

与现有技术相比，本发明提供的装置既满足了普丰概率实验的随机均匀条件，同时提高了实验的效率，具体的有益效果是：

1、本发明可用来演示普丰概率实验，直观的展示整个过程，将抽象的概念用直观的实验进行演示，易于学生进行理解；

2、本发明在针型杆的下落过程中构建了随机实验条件，摈弃了传统实验过程中采用人力投针的麻烦和个人偏好带来的误差，节省了人力，提高了实验的效率；

3、本发明可以随意改变投影出的平行线的角度、间距或者数目，在一个装置上即可构建出多种试验条件来进行验证实验，适应性好；

4、本发明可利用摄影装置对针型杆的分布状态进行拍照取样，然后送入控制器进行分析计算，对有效数据进行筛选后计算出最后的结果，避免了人力计算带来的误差，实用性好，值得推广。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的箱体一和存储箱相邻的面上开设的狭缝的布局示意图；

图3为本发明的箱体一与箱体二相邻的面的结构示意图；

图4为本发明的弹性板的结构的俯视图。

具体实施方式

本发明提供了一种高等数学概率演示装置，下面结合图1到图4的结构示意图，对本发明进行说明。

实施例1

如图1所示，本发明提供的一种高等数学概率演示装置，包括内部放置有多个针型杆的存储箱，存储箱的顶面设置有用于将针型杆摊平的推平装置。

其中，推平装置包括固定在存储箱上表面上的电机一1，所述电机一1的输出轴垂直穿入存储箱后通过联轴器2连接有伸缩装置3，伸缩装置3背离电机1的末端与刮板4的中间垂直固定。

其中，推平装置的驱动力来自于电机一1，电机一1可以实现随机不定时的以正反向交替方向的方式旋转，以便通过推平装置不停的搅动存储箱内的针型杆，将底层的针型杆尽可能的摊平在存储箱底面，以便使得某个针型杆的位置刚好与箱体一和存储箱相邻的面上的狭缝一致，从狭缝中下落到箱体一内，形成针型杆的第一次路径随机。

其中，伸缩装置3的具体结构形式可以优选为液压缸或者气压缸，也可以是一个中空杆和一个杆体，杆体套装在中空杆内，杆体与中空杆的相对位置可以通过中空杆的外圆周上设置的定位螺钉来固定，实现对伸缩装置3的整体高度的调整。

存储箱的下方设置有依次固定连接的箱体一10和箱体二14，箱体一10和存储箱相邻的面上均布有多个便于针型杆下落的狭缝，如图2所示，所述箱体一10的内顶面设置有用于实现针型杆随机分布的搅拌装置。

其中，搅拌装置包括与箱体一10的内顶面固定连接电机二6，电机二6的输出轴末端套装固定套环，套环的周向均布的固定连接多个拨杆7。

使用中，电机二6可以以随机不定时的以正反向交替方向的方式旋转，带动其末端的多个拨杆7同步旋转。

其中，套环背离电机二6的一端固定连接有摄影装置8，摄影装置8用于实现对下落到箱体二14顶面的针型杆的分布状态的拍照。

其中，摄影装置8可以是微型视频头或者照相机的其中一种。

其中，摄影装置8上还可以通过设置无线传输装置，如无线信号收发器等，无线传输装置用于和外设的图像处理分析用计算机等设备实现信号的交互。

箱体一10内设置有用于改变洒落到外沿的针型杆下落路径的回弹装置，所述回弹装置包括固定在箱体二14内底面用于实现正反向驱动用的电机三16，所述电机三16的输出杆竖直放置且输出杆的末端通过轴承套装固定在支撑体12上，所述支撑体12设置在箱体二14顶面的下方，所述电机三16的输出杆中部套装固定有套筒15，所述套筒15的周向均布有至少两个水平设置的连杆17，所述连杆17的一端与套筒15固定，所述连杆17的另一端垂直固定有驱动杆，所述驱动杆经由箱体二14内穿入箱体一10内，并在驱动杆背离连杆17的一端末端固定连接弧形的弹性板9，如图4所示，所述弹性板9背离驱动杆的一端通过导向装置5与箱体一10内顶面滑动连接。

使用中，电机三16可以以随机不定时的以正反向交替方向的方式旋转，带动其末端的套筒15、和套筒15均布的连杆17、连杆17上方通过驱动杆连接的弧形的弹性板9同步转动。弹性板9顶端设置有导向装置5，导向装置5的多个滚轮跟随弹性板9同步转动在箱体一10内顶面的弧形凹槽内移动。

箱体一10与箱体二14相邻的面是透光材料，便于其下方设置的投影装置投影。

箱体二14内设置有用于实现在箱体二14顶面进行平行线投影的投影装置13，投影装置13上还可以通过设置无线传输装置，如无线信号收发器等，无线传输装置用于和外设的计算机等设备实现信号的交互，用于改变投影的平行线的角度、间距或者数目。

箱体二14的外沿还设置有控制器和与控制器电连接的供电装置，其中推平装置、搅拌装置、回弹装置、投影装置13和摄影装置8分别与控制器电连接。

进一步的，所述支撑体12包括依次固定连接的板体一、板体二和板体三，所述板体二水平设置，所述板体一和板体三分别与板体二垂直，所述板体一和板体三背离板体二的一端分别与箱体二14顶面固定连接，所述板体二的中部朝向箱体一10的一侧固定连接投影装置13。

进一步的，所述箱体二14的上表面上设置有水平仪，便于调节整个投针工作面的水平。

箱体二14的下方设置有方便移动的万向轮，所述箱体二14的侧面对称的设置有与箱体二14固定连接的支耳，支耳上螺纹连接有水平调整螺杆，水平调整螺杆的下端固定连接支座。

进一步的，所述箱体一10的侧壁上设置有用于回收针型杆的出口。

进一步的，所述弹性板9靠近箱体一10内底面的一端设置有防止针型杆经由箱体一10内底面开设的通槽落入箱体二14内的防护板11，通槽是为了便于驱动杆经由箱体二14内穿入箱体一10内开设的，具体形状如图3所示。

实际使用中，本发明通过使用存储箱上的推平装置不停的搅动存储箱内的针型杆，将底层的针型杆尽可能的摊平在存储箱底面，当某个针型杆的位置刚好与箱体一和存储箱相邻的面上的狭缝一致时，即可从狭缝中下落到箱体一内，因为不清楚哪个狭缝中会下落针型杆，因此此时形成针型杆的第一次路径随机，箱体一的内顶面上设置有搅拌装置，搅拌装置的驱动用电机二随机不定时的以正反向交替方向的方式旋转，带动其下方的套环和多个拨杆同步转动，当下落的针型杆碰到拨杆时，便会被拨杆碰撞改变其原有的下落轨迹，此时形成针型杆的第二次路径随机，部分针型杆会洒落到外沿碰上弹性板，弹性板在其下方的驱动电机三的作用下随机不定时的以正反向交替方向的方式旋转，碰上弹性板的针型杆便会被弹性板反弹改变其原有的下落轨迹，此时形成针型杆的第三次路径随机后，针型杆下落到箱体一内底面。箱体一内底面有投影装置投影出的多条等距平行线，当针型杆与其中的任何一条直线相交，此时，该次投针是有利的，否则，则是不利的，装置通过设置在搅拌装置的下方的摄影装置实现对针型杆的最终状态的采集，将摄影装置采集到的图像信号通过无线信号传递到外部的图像处理与分析装置上，如计算机上进行结果判定，并进行结果的记录，进行大量次数的重复试验，并计算有利次数，即可求出精确的π值。

本发明提供的装置中，实验条件比如投影出的平行线的角度、间距或者数目都可以随意改变，在一个装置上即可构建出多种试验条件来进行验证实验。

利用本发明提供的装置计算时，多条平行线之间的距离均设为a，针型杆的长度为l，其中a>l，实验中主要的动作就是将多个针型杆任意抛洒到多条等距平行线所在的投影平面上。本发明中，投影平面即箱体一内底面，箱体一内底面有投影装置投影出的多条等距平行线，当针型杆与其中的任何一条直线相交，此时，该次投针是有利的，否则，则是不利的，若投针的总次数为n，有利的投针次数为m，则当样本容量n足够大时，就可以利用普丰实验公式来计算π值，样本容量n越大，则π值越精确。

本发明提供的一种高等数学概率演示装置，可用来演示普丰概率实验，直观的展示整个过程，将抽象的概念用直观的实验进行演示，易于学生进行理解，同时，本发明在针型杆的下落过程中构建了随机实验条件，摈弃了传统实验过程中采用人力投针的麻烦和个人偏好带来的误差，节省了人力，提高了实验的效率，同时，本发明可以随意改变投影出的平行线的角度、间距或者数目，在一个装置上即可构建出多种试验条件来进行验证实验，适应性好；本发明还可利用摄影装置对针型杆的分布状态进行拍照取样，然后送入控制器进行分析计算，对有效数据进行筛选后计算出最后的结果，避免了人力计算带来的误差，实用性好，值得推广。

以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高等数学概率演示装置，其特征在于，包括用于存储针型杆的存储箱，所述存储箱上设置有用于将针型杆摊平的推平装置，所述存储箱的下方设置有依次固定连接的箱体一(10)和箱体二(14)，所述箱体一(10)和存储箱相邻的面上均布有多个用于针型杆下落的狭缝，所述箱体一(10)的内顶面设置有用于实现针型杆随机分布的搅拌装置；所述箱体一(10)内还设置有用于改变洒落到外沿的针型杆下落路径的回弹装置，所述箱体一(10)与箱体二(14)相邻的面是透光材料，所述箱体二(14)内设置有用于实现在箱体二(14)顶面进行平行线投影的投影装置(13)，所述搅拌装置的下方设置有摄影装置(8)，所述摄影装置(8)用于实现对下落到箱体二(14)顶面的针型杆的分布状态的拍照，所述箱体二(14)的外沿还设置有控制器和与控制器电连接的供电装置，所述推平装置、搅拌装置、回弹装置、投影装置(13)和摄影装置(8)分别与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种高等数学概率演示装置，其特征在于，所述推平装置包括固定在存储箱上表面上的电机一(1)，所述电机一(1)的输出轴垂直穿入存储箱后通过联轴器(2)连接有伸缩装置(3)，所述伸缩装置(3)背离电机(1)的末端与刮板(4)的中间垂直固定。

3.根据权利要求1所述的一种高等数学概率演示装置，其特征在于，所述搅拌装置包括与箱体一(10)的内顶面固定的电机二(6)，所述电机二(6)的输出轴上套装固定有套环，所述套环的周向均布设置有多个拨杆(7)，所述套环背离电机二(6)的一端固定连接有摄影装置(8)。

4.根据权利要求1所述的一种高等数学概率演示装置，其特征在于，所述回弹装置包括固定在箱体二(14)内底面用于实现正反向驱动用的电机三(16)，所述电机三(16)的输出杆竖直放置且输出杆的末端通过轴承套装固定在支撑体(12)上，所述支撑体(12)设置在箱体二(14)顶面的下方，所述电机三(16)的输出杆中部套装固定有套筒(15)，所述套筒(15)的周向均布有至少两个水平设置的连杆(17)，所述连杆(17)的一端与套筒(15)固定，所述连杆(17)的另一端垂直固定有驱动杆，所述驱动杆经由箱体二(14)内穿入箱体一(10)内，并在驱动杆背离连杆(17)的一端末端设置有弧形的弹性板(9)，所述弹性板(9)背离驱动杆的一端通过导向装置(5)与箱体一(10)内顶面滑动连接。

5.根据权利要求4所述的一种高等数学概率演示装置，其特征在于，所述支撑体(12)包括依次固定连接的板体一、板体二和板体三，所述板体二水平设置，所述板体一和板体三分别与板体二垂直，所述板体一和板体三背离板体二的一端分别与箱体二(14)顶面固定连接，所述板体二的中部朝向箱体一(10)的一侧固定连接投影装置(13)。

6.根据权利要求4所述的一种高等数学概率演示装置，其特征在于，所述导向装置(5)包括设置在箱体一(10)内顶面的弧形凹槽内的多个滚轮，所述滚轮通过支架设置在弹性板(9)的顶端。

7.根据权利要求1所述的一种高等数学概率演示装置，其特征在于，所述箱体二(14)的上表面上设置有水平仪，所述箱体二(14)的下方设置有方便移动的万向轮，所述箱体二(14)的侧面对称的设置有与箱体二(14)固定连接的支耳，支耳上螺纹连接有水平调整螺杆，水平调整螺杆的下端固定连接支座。

8.根据权利要求1所述的一种高等数学概率演示装置，其特征在于，所述箱体一(10)的侧壁上设置有用于回收针型杆的出口。

9.根据权利要求1所述的一种高等数学概率演示装置，其特征在于，所述弹性板(9)靠近箱体一(10)内底面的一端设置有防止针型杆经由箱体一(10)内底面开设的通槽落入箱体二(14)内的防护板(11)。