1.本实用新型涉及实验器材领域，具体涉及一种演示近似二维正态分布的圆环栅格随机试验装置。


背景技术：

2.正态分布(normal distribution)，也称“常态分布”，又名高斯分布(gaussian distribution)，最早由棣莫弗(abraham de moivre)在求二项分布的渐近公式中得到。c.f.高斯在研究测量误差时从另一个角度导出了它。p.s.拉普拉斯和高斯研究了它的性质。是一个在数学、物理及工程等领域都非常重要的概率分布，在统计学的许多方面有着重大的影响力。正态曲线呈钟型，两头低，中间高，左右对称因其曲线呈钟形，因此人们又经常称之为钟形曲线。
3.由于正态分布的重大影响力，为了直观的展示正态分布的结果，实验室中具有用于展示钟形曲线的近似一维正态分布试验装置，但其不能有效的展示二维正态分布，而二维正态分布可以更直观地进行正态分布展示，触发实验者的好奇心。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种演示近似二维正态分布的圆环栅格随机试验装置解决了现有正态分布试验装置不能有效展现近似二维正态分布的问题。
5.为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：
6.提供一种演示近似二维正态分布的圆环栅格随机试验装置，其包括球投放部件、金字塔形圆环部件、圆环网格部件和接球槽部件；球投放部件设置在金字塔形圆环部件的顶端，金字塔形圆环部件设置在圆环网格部件的上端，圆环网格部件设置在接球槽部件的上端；
7.金字塔形圆环部件包括n层从上到下等间距放置的同心圆板，金字塔形圆环部件中第n层同心圆板包括至少n+1个同心圆环；n≥5；
8.圆环网格部件包括m层从上到下等间距放置的同心圆板，圆环网格部件中每层同心圆板均包括m个同心圆环，m≥an；an表示金字塔形圆环部件中第n层同心圆板所包含的同心圆环数；m≥3；
9.位于同一层同心圆板中的相邻两个同心圆环的直径差恒定，所有同心圆板中的直径差均相等；相邻两层同心圆板错位设置。
10.进一步地，每个同心圆环的横截面直径均相等，为2mm～4mm。
11.进一步地，每个同心圆环最内侧圆环的直径为6cm，相邻两个同心圆环的直径差为4cm，相邻两层同心圆板的间距为2cm。
12.进一步地，接球槽部件包括若干个接球槽，每个接球槽的长与宽均为2cm。
13.进一步地，球投放部件为漏斗。
14.进一步地，球投放部件中球的规格均相同，球的直径为2～8mm。
15.进一步地，每个接球槽的下端均设置有称重部件，每个称重部件分别连接上位机。
16.进一步地，位于同一层同心圆板中的同心圆环由加强杆固定，加强杆的横截面尺寸与同心圆环的横截面尺寸相同；位于同一层同心圆板中的同心圆环由加强杆固定，加强杆的横截面尺寸与同心圆环的横截面尺寸相同；其中从上到下处于奇数层的同心圆板中加强杆贯穿所有同心圆环；处于偶数层的同心圆板中加强杆贯穿除最内侧同心圆环外的所有圆环。
17.进一步地，还包括设置在接球槽部件下端的计数部件，计数部件包括中空且透明的柱状体，柱状体上设置有刻度，柱状体的中空直径h与球的直径h的关系为：h≤h≤1.05h。
18.进一步地，柱状体上相邻两个刻度的间距与球的直径相等。
19.本实用新型的有益效果为：
20.1、本实用新型能够很好演示近似二维正态分布的随机实验，演示大量粒子的统计规律，阐述物理学中统计与分布的概念，为相关随机物理现象的研究提供实验基础与支撑。
21.2、本实用新型可以进行球数的自动统计和二维数据图的自动绘制，有效节约试验时间。
附图说明
22.图1为本装置的结构示意图；
23.图2为偶数层同心圆板的同心圆环结构示意图；
24.图3为奇数层同心圆板的同心圆环结构示意图；
25.图4为接球槽部件的结构示意图；
26.图5为称重部件的结构示意图；
27.图6为单个柱状体的结构示意图；
28.图7为2mm钢珠分布图；
29.图8为3mm钢珠分布图；
30.图9为4mm钢珠分布图；
31.图10为6mm钢珠分布图；
32.图11为8mm钢珠分布图。
33.其中：1、金字塔形圆环部件；2、圆环网格部件；3、接球槽部件；4、投放部件；5、压力传感器；6、柱状体。
具体实施方式
34.下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
35.如图1、图2、图3和图4所示，该演示近似二维正态分布的圆环栅格随机试验装置包括球投放部件4、金字塔形圆环部件1、圆环网格部件2和接球槽部件3；球投放部件4设置在金字塔形圆环部件1的顶端，金字塔形圆环部件1设置在圆环网格部件2的上端，圆环网格部
件2设置在接球槽部件3的上端；
36.金字塔形圆环部件1包括n层从上到下等间距放置的同心圆板，金字塔形圆环部件1中第n层同心圆板包括至少n+1个同心圆环；n≥5；
37.圆环网格部件2包括m层从上到下等间距放置的同心圆板，圆环网格部件2中每层同心圆板均包括m个同心圆环，m≥an；an表示金字塔形圆环部件1中第n层同心圆板所包含的同心圆环数；m≥3；
38.位于同一层同心圆板中的相邻两个同心圆环的直径差恒定，所有同心圆板中的直径差均相等；相邻两层同心圆板错位设置；同心圆板外通过挡板进行打围，防止试验球蹦到装置以外，确保每个球都被接球槽部件3接收。
39.在具体实施过程中，圆环网格部件2中最后一层同心圆板与接球槽部件3之间设有2cm的高度差。如图2和图3所示，位于同一层同心圆板中的同心圆环由加强杆固定，加强杆的横截面尺寸与同心圆环的横截面尺寸相同，位于同一层同心圆板中的同心圆环由加强杆固定，加强杆的横截面尺寸与同心圆环的横截面尺寸相同；其中从上到下处于奇数层的同心圆板中加强杆贯穿所有同心圆环；处于偶数层的同心圆板中加强杆贯穿除最内侧同心圆环外的所有圆环。每个同心圆环的横截面直径均相等，为2mm～4mm。每个同心圆环最内侧圆环的直径为6cm，相邻两个同心圆环的直径差为4cm，相邻两层同心圆板的间距为2cm。接球槽部件3包括若干个接球槽，每个接球槽的长与宽均为2cm。球投放部件4为漏斗，漏斗与金字塔形圆环部件1之间设置有可打开的挡板，使球放置在漏斗内，通过打开该挡板才掉入金字塔形圆环部件1中；漏斗的上口可以为多边形，也可以为圆形，漏斗的倾角与金字塔形圆环部件1的倾斜程度相同。球投放部件4中球的规格均相同，球的直径为2～8mm，并分别采用2mm、3mm、4mm、6mm和8mm进行试验，试验参数如表1所示，试验所展现的二维分布如图7、图8、图9、图10和图11所示(图中z轴表示频率)，可以看出，以上参数的设定可以有效的展现二维正态分布。
40.表1：试验参数
41.序号钢珠直径(mm)钢珠数量(颗)同心圆板层数12.01000001023.0578501034.0248601046.057801058.0190010
42.从以上具体实施中可以看出，试验用球的数量高达上万，为了进一步追求更好的效果，数量甚至可以达到十万级。而进入接球槽最多的球数可得到一两千甚至更多，如何将如此众多的球进行数量统计成为了试验进行的又一大难题。因此，在本实用新型的一个实施例中，如图5所示，每个接球槽的下端均设置有称重部件，每个称重部件均包括存放腔和设置在存放腔底部的压力传感器5，通过压力传感器5进行重量统计并将统计结果发送至上位机。上位机根据压力传感器5的信号和单个球的重量算出球的个数，进而实现数量统计；其中存放腔可以与接球槽为同一个部件，存放腔也可以为单独设在接球槽内或接球槽下方的腔体。在此基础上，上位机还可以对各个压力传感器5的坐标进行记录，通过matlab软件将根据每个压力传感器5获得的球数进行柱状图绘制，并根据每个压力传感器5的坐标将各
个柱状图放置在一起，即可自动生成二维分布的数量图。本实施例可用于球数较多的试验中。
43.在本实用新型的另一个实施例中，如图6所示，由于球的直径在毫米级，1000个球的重叠高度也在米级，根据此情况，本装置除了通过压力(重量)的方式来进行计量外，计数部件还可以包括中空且透明的柱状体6，柱状体6上设置有刻度，柱状体6的中空直径h与球的直径h的关系为：h≤h≤1.05h。柱状体6相邻两个刻度的间距与球的直径相等。当球落入柱状体6时，便会依次堆叠，通过刻度便可直接获取球的数量，但限制于高度问题，本实施例单次使用相对适用于球数较少的试验中，也可以将球数较多的试验分多次进行，每次在获取刻度之后将柱状体6中的球放出后再进行后续统计。
44.综上所述，本实用新型能够很好演示近似二维正态分布的随机实验，演示大量粒子的统计规律，阐述物理学中统计与分布的概念，为相关随机物理现象的研究提供实验基础与支撑。