[實用新型]一種演示經(jīng)典粒子不發(fā)生相干疊加的實驗教具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820140565.X
• 申請日: 2008-10-04
• 公開（公告）號: CN201259746Y
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張紅
• 申請（專利權(quán)）人: 張紅
• 主分類號: G09B23/06
• 分類號: G09B23/06
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技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于一種教學(xué)用教具，特別是一種在物理實驗教學(xué)中用于演示經(jīng)典粒子的基本特性的教具，該教具可用于直觀演示經(jīng)典粒子“不發(fā)生相干疊加”的基本特性，又能演示反映統(tǒng)計規(guī)律的現(xiàn)象。

背景技術(shù)

目前，在中學(xué)物理和大學(xué)物理教學(xué)中，涉及到講授經(jīng)典粒子“不發(fā)生相干疊加”這一基本特性的教學(xué)內(nèi)容時，往往是口述舉例：設(shè)想一挺機槍，從遠處通過墻上的雙縫進行掃射。當(dāng)只開縫1，靶上子彈的密度分布為ρ₁(x)，只開縫2，靶上子彈的密度分布為ρ₂(x)，雙縫齊開，靶上的密度分布為ρ(x)，它簡單的等于兩個密度相加：ρ(x)＝ρ₁(x)+ρ₂(x)。區(qū)別于波傳播過程中遇到雙縫時，合成波的強度：I＝I₁+I₂+干涉項≠I₁+I₂，即發(fā)生相干疊加。顯然，這樣的舉例缺乏直觀性。此外，在講授統(tǒng)計規(guī)律的現(xiàn)象時，在伽爾頓演示實驗中：采用一豎直放置的箱體作為實驗裝置，箱體的正面為可抽出玻璃類透明的板體，箱體的頂部開設(shè)有一個與箱體前、后內(nèi)壁垂直的條形漏斗形入口，而在箱體內(nèi)腔的中、下部的前、后內(nèi)壁之間等距離并垂直于前、后壁設(shè)置一組隔板以組成一組容積相同的條形腔體，在各條形腔體上方與漏斗式條形入口之間的后壁上垂直于前后壁矩陣式縱橫、錯位設(shè)置若干鐵釘；演示實驗時以黃豆的下落代表事件，從箱體的頂部漏斗式條形入口落下的黃豆通過鐵釘組成的阻擋陣列時，與阻擋物多次碰撞而不斷改變方向，從而落入下方等間距排列的哪個槽內(nèi)是偶然的，當(dāng)大量黃豆從條形入口落下時在各槽內(nèi)的分布則遵從一定的規(guī)律。該演示實驗在反映統(tǒng)計規(guī)律的意義時直觀性強，但該實驗教具不能用于演示經(jīng)典粒子“不發(fā)生相干疊加”的基本特性。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于設(shè)計一種演示經(jīng)典粒子不發(fā)生相干疊加的實驗教具，以便在大、中學(xué)物理教學(xué)中既可方便、準(zhǔn)確地演示經(jīng)典粒子不發(fā)生相干疊加的特性，又能演示反映統(tǒng)計規(guī)律的實驗，以達到演示實驗直觀、準(zhǔn)確，操作簡單、方便等目的。

本實用新型的解決方案是在伽爾頓實驗教具的基礎(chǔ)上，將原設(shè)的一個漏斗形入口改為對稱排列的兩個條形漏斗形入口，從而實現(xiàn)其目的。因此，本實用新型包括正面為玻璃類透明隔板的箱體，箱體的頂部設(shè)有與箱體前、后內(nèi)壁垂直的條形漏斗形入口，在箱體內(nèi)腔下部的前、后內(nèi)壁之間等距離且垂直于前、后壁采用隔板隔成的一組容積相同的條形腔體，在各腔體上方與箱體頂部的條形入口之間的后壁上，垂直于前后壁矩陣式縱橫、錯位設(shè)置有阻擋物鐵釘，關(guān)鍵在于箱體的頂部所設(shè)條形入口為兩個對稱排列、且與箱體前、后內(nèi)壁垂直的漏斗形條形入口，該漏斗形條形入口緊固于箱體的后板和兩側(cè)板上。

本實用新型由于在箱體的頂部開設(shè)了兩個對稱排列、且與箱體前、后內(nèi)壁垂直的漏斗形條形入口，從而既能直觀、準(zhǔn)確演示經(jīng)典粒子不發(fā)生相干疊加這一學(xué)生較難理解的現(xiàn)象，又可演示統(tǒng)計規(guī)律的特性。因此，本實用新型具有綜合性實驗功能強，操作簡單、方便，演示直觀、準(zhǔn)確，實驗效果明顯，學(xué)生易于理解、吸收典粒子不發(fā)生相干疊加的物理現(xiàn)象及統(tǒng)計規(guī)律的特性等特點。

附圖說明

圖1.為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖(主視圖)；

圖2.側(cè)視圖；圖3.俯視圖。

圖中：1.箱頂，1～1.條形入口，2.側(cè)板，3.玻璃隔(面)板，4.鐵釘，5.隔板，5～1.條形腔體，6.底板，7.后板。

具體實施方式

箱體(高×寬×厚)410×320×50mm，箱體內(nèi)腔(高×寬×深)330×280×20mm，兩側(cè)板2(高×寬×厚)410×25×20mm，底板6(高×寬×厚)20×280×20mm，箱頂1軸向高60mm厚20mm，條形入口1～1(寬×深)10×20mm，兩個條形入口中心線相距100mm、以箱體中心線為對稱設(shè)置；隔板5每個(高×寬×厚)160×18×3mm、將內(nèi)腔下部等分隔成12個條形腔體5～1；鐵釘4每根長18mm、橫向設(shè)10排、縱向設(shè)23列，相鄰兩排、兩列的中心距均為12mm，相互錯位設(shè)置；玻璃隔板3(高×寬×厚)390×285×3mm，兩側(cè)邊與設(shè)于兩側(cè)板2上的槽體滑動式連接。

本教具的使用方法：以黃豆代表經(jīng)典粒子，將一粒一粒的黃豆從條形入口1～1的某一入口(如左入口)投入，可看到下落的黃豆由于與阻擋物鐵釘4的多次碰撞而不斷改變運動路徑，最終落入哪個條形腔體5～1內(nèi)事先無法判定，這說明個別事件的隨機性。而將大量黃豆從條形入口1的某一入口(如左入口)投入，并用筆在玻璃隔板3上將條形腔體5～1中黃豆的分布輪廓線畫出，即如附圖1中的曲線I；抽開玻璃隔板3，倒出條形腔體5～1中的黃豆，重復(fù)多次；可見分布輪廓曲線基本相同——說明大量的隨機事件組成的整體服從一定的規(guī)律性——統(tǒng)計規(guī)律。將大量黃豆只從條形入口1的右入口投入，并在玻璃隔板3上將條形腔體5～1中黃豆的分布輪廓線畫出，即如附圖1中的曲線II所示。再將大量黃豆同時從條形入口1～1左右兩入口投入，再看條形腔體5～1中黃豆的分布輪廓線，即如附圖1中的曲線III，可見曲線III為曲線I、II的簡單疊加，說明經(jīng)典粒子不發(fā)生相干疊加。