本發(fā)明涉及數(shù)學(xué)模型，特別是一種概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)演示裝置。

背景技術(shù)：

在數(shù)學(xué)教學(xué)中，概率統(tǒng)計(jì)因其抽象性往往令同學(xué)們難以理解，而概率事件演示模型為數(shù)學(xué)教學(xué)提供了直觀的圖形或原理展示。目前數(shù)學(xué)教學(xué)中所使用的概率統(tǒng)計(jì)演示模型多為傳統(tǒng)的投硬幣模型或小球掉落演示模型等，此類模型不僅模型本身體積較大，重量較重，而且操作繁瑣，其統(tǒng)計(jì)方法大多較為原始，多采用人工統(tǒng)計(jì)的方法，統(tǒng)計(jì)結(jié)果容易出錯(cuò)；同時(shí)由于其操作不便，在多次隨機(jī)事件的統(tǒng)計(jì)時(shí)，浪費(fèi)大量的課時(shí)時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述情況，為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)演示裝置。

其解決的技術(shù)方案是：包括箱體，箱體的腔體內(nèi)有固定在箱體后壁上并與箱體后壁垂直的固定軸，固定軸上套裝有擺臂，擺臂的遠(yuǎn)離固定軸的一端安裝有磁性金屬球，構(gòu)成磁性金屬球經(jīng)擺臂在固定軸上做圓周旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)；擺臂和磁性金屬球連接在一起構(gòu)成轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子為左右對(duì)稱的結(jié)構(gòu)；箱體上有置于固定軸上方的電磁線圈，電磁線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)于經(jīng)過固定軸軸線的縱向豎直平面對(duì)稱；

箱體的腔體內(nèi)左右兩側(cè)的側(cè)壁上分別有一個(gè)紅外感應(yīng)器，每個(gè)紅外感應(yīng)器外接一個(gè)數(shù)字計(jì)數(shù)器，紅外感應(yīng)器和數(shù)字計(jì)數(shù)器構(gòu)成紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器；兩個(gè)紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器分別由線路接入mcu模塊；磁性金屬球旋轉(zhuǎn)一周與兩側(cè)的兩個(gè)紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器所發(fā)出的紅外線接觸，mcu模塊接收兩個(gè)紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器所收到的兩個(gè)信號(hào)，以累計(jì)兩次信號(hào)接收為一個(gè)信號(hào)計(jì)數(shù)周期，并以每個(gè)信號(hào)計(jì)數(shù)周期內(nèi)的第一個(gè)信號(hào)為有效信號(hào)，mcu模塊控制與有效信號(hào)所對(duì)應(yīng)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器來(lái)對(duì)有效信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)累加操作。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)巧妙，操作簡(jiǎn)單，通過簡(jiǎn)單的設(shè)定即可完成單次或多次隨機(jī)試驗(yàn)，不僅直觀形象地表達(dá)了隨機(jī)事件的含義，而且還可以快速方便地進(jìn)行多次試驗(yàn)并進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的主視圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

由圖1給出，本發(fā)明包括箱體1，箱體1的腔體內(nèi)有固定在箱體1后壁上并與箱體1后壁垂直的固定軸2，固定軸2上套裝有擺臂3，擺臂3的遠(yuǎn)離固定軸2的一端安裝有磁性金屬球4，構(gòu)成磁性金屬球4經(jīng)擺臂3在固定軸2上做圓周旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)；擺臂3和磁性金屬球4連接在一起構(gòu)成轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子為左右對(duì)稱的結(jié)構(gòu)；箱體1上有置于固定軸2上方的電磁線圈5，電磁線圈5產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)于經(jīng)過固定軸2軸線的縱向豎直平面對(duì)稱；

箱體1的腔體內(nèi)左右兩側(cè)的側(cè)壁上分別有一個(gè)紅外感應(yīng)器6，每個(gè)紅外感應(yīng)器6外接一個(gè)數(shù)字計(jì)數(shù)器7，紅外感應(yīng)器6和數(shù)字計(jì)數(shù)器7構(gòu)成紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器；兩個(gè)紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器分別由線路接入mcu模塊8；磁性金屬球4旋轉(zhuǎn)一周與兩側(cè)的兩個(gè)紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器所發(fā)出的紅外線接觸，mcu模塊8接收兩個(gè)紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器所收到的兩個(gè)信號(hào)，以累計(jì)兩次信號(hào)接收為一個(gè)信號(hào)計(jì)數(shù)周期，并以每個(gè)信號(hào)計(jì)數(shù)周期內(nèi)的第一個(gè)信號(hào)為有效信號(hào)，mcu模塊8控制與有效信號(hào)所對(duì)應(yīng)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器來(lái)對(duì)有效信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)累加操作。

為了達(dá)到更便捷的使用效果，所述的電磁線圈5由線路接入mcu模塊8，mcu模塊對(duì)電磁線圈5的通電和斷電進(jìn)行控制，mcu模塊8上設(shè)有操作面板，通過操作面板對(duì)電磁線圈5的通電時(shí)長(zhǎng)、斷電時(shí)長(zhǎng)和通斷電次數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

所述的mcu模塊8采用at89c51芯片為核心芯片，at89c51芯片自帶時(shí)鐘電路并載入有相應(yīng)的程序。

本發(fā)明使用時(shí)，使mcu模塊8接通電源并進(jìn)入初始狀態(tài)，該狀態(tài)下電磁線圈5通電，使磁性金屬球4在電磁線圈5產(chǎn)生的磁力作用下靜止于固定軸2的上方即轉(zhuǎn)子在固定軸2上做圓周旋轉(zhuǎn)時(shí)磁性金屬球4的最高點(diǎn)；通過操作面板對(duì)電磁線圈5的通電時(shí)長(zhǎng)和斷電時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)定，使電磁線圈5在mcu模塊8的控制下有規(guī)律地通電和斷電；在操作面板上以斷電、通電各一次為一個(gè)周期對(duì)通斷電次數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

啟動(dòng)mcu模塊8，電磁線圈5進(jìn)入斷電狀態(tài)，電磁線圈5的磁場(chǎng)消失，轉(zhuǎn)子在自身重力的作用下在固定軸2上由初始狀態(tài)隨機(jī)向左或向右做圓周旋轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向即向左做圓周旋轉(zhuǎn)時(shí)：當(dāng)磁性金屬球4進(jìn)入左側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器的感應(yīng)范圍時(shí)，對(duì)左側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器所發(fā)出的紅外線進(jìn)行阻擋，左側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器接收到阻擋信號(hào)并將信號(hào)反饋至mcu模塊8，mcu模塊8以該信號(hào)為有效信號(hào)，控制左側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)累加操作；當(dāng)磁性金屬球4脫離左側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器的感應(yīng)范圍并轉(zhuǎn)過最低點(diǎn)時(shí)，mcu模塊8控制電磁線圈5進(jìn)入通電狀態(tài)，在轉(zhuǎn)子圓周旋轉(zhuǎn)的慣性作用力和電磁線圈5通電后產(chǎn)生的磁力的共同作用下，磁性金屬球4繼續(xù)做逆時(shí)針向上的圓周旋轉(zhuǎn)；當(dāng)向上的磁性金屬球4經(jīng)過右側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器的感應(yīng)范圍時(shí)，對(duì)右側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器所發(fā)出的紅外線進(jìn)行阻擋，右側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器接收到阻擋信號(hào)并將信號(hào)反饋至mcu模塊8，mcu模塊8以該信號(hào)為無(wú)效信號(hào)，控制右側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器不進(jìn)行計(jì)數(shù)累加操作；當(dāng)磁性金屬球4脫離右側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器的感應(yīng)范圍后并轉(zhuǎn)動(dòng)至最高點(diǎn)時(shí)，該位置上電磁線圈5產(chǎn)生的磁力克服性轉(zhuǎn)子圓周旋轉(zhuǎn)的慣性作用力，使磁性金屬球4在最高點(diǎn)位置做短暫的左右擺動(dòng)并最終靜止。

轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向即向右做圓周旋轉(zhuǎn)時(shí)：當(dāng)磁性金屬球4進(jìn)入右側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器的感應(yīng)范圍時(shí)，對(duì)右側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器所發(fā)出的紅外線進(jìn)行阻擋，右側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器接收到阻擋信號(hào)并將信號(hào)反饋至mcu模塊8，mcu模塊8以該信號(hào)為有效信號(hào)，控制右側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)累加操作；當(dāng)磁性金屬球4脫離右側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器的感應(yīng)范圍并轉(zhuǎn)過最低點(diǎn)時(shí)，mcu模塊8控制電磁線圈5進(jìn)入通電狀態(tài)，在轉(zhuǎn)子圓周旋轉(zhuǎn)的慣性作用力和電磁線圈5通電后產(chǎn)生的磁力的共同作用下，磁性金屬球4繼續(xù)做順時(shí)針向上的圓周旋轉(zhuǎn)；當(dāng)向上的磁性金屬球4經(jīng)過左側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器的感應(yīng)范圍時(shí)，對(duì)左側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器所發(fā)出的紅外線進(jìn)行阻擋，左側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器接收到阻擋信號(hào)并將信號(hào)反饋至mcu模塊8，mcu模塊8以該信號(hào)為無(wú)效信號(hào)，控制左側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器不進(jìn)行計(jì)數(shù)累加操作；當(dāng)磁性金屬球4脫離左側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器的感應(yīng)范圍后并轉(zhuǎn)動(dòng)至最高點(diǎn)時(shí)，該位置上電磁線圈5產(chǎn)生的磁力克服性轉(zhuǎn)子圓周旋轉(zhuǎn)的慣性作用力，使磁性金屬球4在最高點(diǎn)位置做短暫的左右擺動(dòng)并最終靜止。

mcu模塊8以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的過程中累積接收并處理的兩個(gè)感應(yīng)信號(hào)為一個(gè)信號(hào)計(jì)數(shù)周期，當(dāng)磁性金屬球4在最高點(diǎn)位置完全停止后，mcu模塊8進(jìn)入下一個(gè)信號(hào)計(jì)數(shù)周期，并控制電磁線圈5使電磁線圈5進(jìn)入斷電狀態(tài)，磁性金屬球4再次隨機(jī)向左或向右做圓周旋轉(zhuǎn)。

上述使用情況下，電磁線圈5上連續(xù)的斷電和通電各一次，磁性金屬球4完成圓周旋轉(zhuǎn)一周，此時(shí)完成一次隨機(jī)事件的演示，當(dāng)電磁線圈5斷電和通電按照已設(shè)定的周期次數(shù)進(jìn)行時(shí)，多次隨機(jī)事件連續(xù)進(jìn)行，兩側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器上實(shí)時(shí)顯示相應(yīng)的概率分布次數(shù)；當(dāng)隨機(jī)事件的演示按照設(shè)定好的次數(shù)完成后，mcu模塊8復(fù)位并進(jìn)入初始狀態(tài)。

本發(fā)明利用磁性金屬球4在最高點(diǎn)下落時(shí)產(chǎn)生的隨機(jī)的向左或向右旋轉(zhuǎn)，模擬概率事件中的兩種可能的結(jié)果進(jìn)行概率事件的統(tǒng)計(jì)與演示；通過mcu模塊8對(duì)電磁線圈5的通斷電控制，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多次隨機(jī)事件的連續(xù)試驗(yàn)。

為保證本發(fā)明所模擬的隨機(jī)事件的連續(xù)試驗(yàn)，電磁線圈5的通電時(shí)長(zhǎng)的設(shè)定應(yīng)滿足：不少于上述使用情況下磁性金屬球4經(jīng)擺臂3在固定軸2上由最低點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至最高點(diǎn)并最終在最高點(diǎn)位置完全停止所用的時(shí)間；電磁線圈5的斷電時(shí)長(zhǎng)應(yīng)滿足：不少于上述使用情況下磁性金屬球4在自身重力作用下由靜止變?yōu)榻?jīng)擺臂3在固定軸2上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并旋轉(zhuǎn)至最低點(diǎn)時(shí)所用的時(shí)間，不大于上述使用情況下磁性金屬球4在自身重力作用下由靜止變?yōu)榻?jīng)擺臂3在固定軸2上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并旋轉(zhuǎn)至最低點(diǎn)時(shí)所用的時(shí)間與磁性金屬球4在自身的運(yùn)動(dòng)慣性作用力下由最低點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至停止所用的時(shí)間之和。

為了保證磁性金屬球4可以從最低點(diǎn)經(jīng)擺臂3在固定軸2上旋轉(zhuǎn)至最高點(diǎn)，電磁線圈5應(yīng)滿足：電磁線圈5通電后產(chǎn)生的磁場(chǎng)范圍覆蓋磁性金屬球4的運(yùn)動(dòng)軌跡，且電磁線圈5通電后產(chǎn)生的磁力在磁性金屬球4的運(yùn)動(dòng)軌跡上的任意位置足夠克服磁性金屬球4的重力。

為了保證隨機(jī)事件演示結(jié)束后紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器上所顯示的統(tǒng)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器的紅外感應(yīng)范圍應(yīng)滿足：不覆蓋固定軸2且當(dāng)磁性金屬球4在左右兩側(cè)旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)同側(cè)的紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器只感應(yīng)到一次磁性金屬球4的阻擋。

在實(shí)際課堂教學(xué)中，利用本發(fā)明可以使同學(xué)們更好的理解隨機(jī)事件的兩種結(jié)果和兩種結(jié)果發(fā)生的隨機(jī)性原理。當(dāng)進(jìn)行演示助于同學(xué)們理解時(shí)，可將電磁線圈5的通電時(shí)長(zhǎng)和斷電時(shí)長(zhǎng)設(shè)定一個(gè)較高值，使同學(xué)們有足夠的時(shí)間仔細(xì)觀察；當(dāng)進(jìn)行多次隨機(jī)事件演示并取其結(jié)果時(shí)，可將電磁線圈5的通電時(shí)長(zhǎng)和斷電時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為最小值，以便于在最短的時(shí)間內(nèi)完成概率演示與統(tǒng)計(jì)。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)巧妙，操作簡(jiǎn)單，通過豎直對(duì)稱體下端套裝在固定軸上時(shí)，其自身重力作用下產(chǎn)生的左右隨機(jī)旋轉(zhuǎn)來(lái)模擬隨機(jī)事件中的兩種結(jié)果，不僅直觀形象地表達(dá)了隨機(jī)事件的含義，而且通過操作面板對(duì)mcu模塊的簡(jiǎn)單設(shè)定即可快速方便地完成多次隨機(jī)事件的重復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果直觀地在紅外感應(yīng)計(jì)數(shù)器上進(jìn)行讀取，免去了人工計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)過程，大大簡(jiǎn)化了教學(xué)演示步驟；在進(jìn)行多次試驗(yàn)的過程中，不影響其他教學(xué)內(nèi)容同時(shí)進(jìn)行，提高了課時(shí)效率。同時(shí)，本發(fā)明中的結(jié)構(gòu)特征較少，可以通過不同的尺寸組合使本發(fā)明的體積大大減小，方便攜帶和使用。