【制作过程】

更新于 2026年10月13日 版权声明
【制作过程】

1.进入网络画板首页:https://www.netpad.net.cn,单击“开始作图”按钮,进入作图页面.

分析定位:(1)具体动画效果:高尔顿板的层数可改变,小球随机地向左向右下落,下落速度可调节,对落入相应球槽的小球动态计数,属于真实模拟实验;(2)所用到的网络画板技巧:①套用杨辉三角迭代点阵制作高尔顿钉板;②通过随机点轨迹制作小球下落路径,然后在小球下落路径上取半自由点,表示下落小球;③两个变量或多个变量+串行动画按钮+if()函数+测量变量的嵌套配合使用,可解决一大类按条件累加计数问题;④用点的轨迹作高尔顿板频率分布折线图.

2.如图1,用变量尺工具作变量a,t,n,k,i.其中,变量a用以调节高尔顿钉板间的距离;变量t表示迭代高尔顿钉板点阵;n用以调节高尔顿板的层数;变量k表示迭代底部球槽;i表示试验时第i个小球下落;m表示在一次试验中下落小球的最大个数;sudu表示小球下落动画的步数,数字越大速度越慢,数字越小速度越快.

图示

图1 变量尺对话框

3.在不选任何元素的情况下点击“测量”工具,在弹出的对话框中输入t+1,得到测量对象编号为m0,用同样的办法测量其他表达式(如下表所示),注意对象编号:

图示

(以下4-6步套用杨辉三角迭代模板)

4.用坐标点工具作出点A1(x1,y1)(设置x拖动变量x1和y拖动变量y1,如图2),选中点A1,点击“平移”工具,按向量极坐标方式(m1*2*a,4*pi/3)平移得到点A2(如图3),选中点A2,点击“平移”工具,按向量直角坐标方式(m2*2*a,0)平移得到点A3(如图4).

图示

图2 坐标点工具

图示

图3 用极坐标方式平移点A1得到点A2(平移缩放合二为一)

图示

图4 用直角坐标方式平移点A2得到点A3(平移缩放合二为一)

5.选中点A3后,点击指定半径的圆工具,以a/2为半径作圆,再选中圆,在扩展标签的显示中输入if(m1>0,1,0),目的是迭代隐藏高尔顿板的第一行(如图5).

图示

图5 作圆的目的为后面的高尔顿钉板迭代作准备

6.选中变量t,点击迭代工具,作t→m0的迭代,迭代深度为m6,迭代设置及效果如图6所示(最后要注意设置迭代变量t的初始值t=-1).

图示

图6 用迭代作的高尔顿钉板效果图

7.用坐标点工具作出小球下落球槽定位参照点A(x1+m7,y1-3*sqrt(3)*a/4+m8-m9),用坐标点工具作出随机点M(x1+m4*a,y1-a*sqrt(3)/4+m5*a*sqrt(3)/2),按顺序选中变量i和点M,点击“轨迹”工具,在弹出的对话框内设置轨迹的范围:0~2*n+1,样本数为50,阈值50,作出小球下落的随机路径,效果如图7所示.

图示

图7 高尔顿板层数n=8时用轨迹作小球下落随机路径

说明:m3:mod(i+2,2)*if(randomInt(0,2)*1^n*1^i==0,-1,1)与m4:sign(i)*(m4+if(i>=2andi<=2*n,m3,0))组合的含义是,当i(2<=i<=2n)为偶数时值为0,当i为奇数时产生随机数-1或1,分别表示小球下落的三种状态:竖直下落、向左下落、向右下落.特别的情况是,当i=1或2*n+1时,小球是竖直下落(具体见图6).(https://www.daowen.com)

8.利用点工具在前面作好的随机路径(轨迹)上取半自由点N(点值为u0),选中点N后,点击“指定半径的圆”工具,以a/2为半径作圆,再选中圆,在属性基础标签中修改填充颜色为红色,线宽为0,作出下落的小球(如图8).

图示

图8 用圆心与半径工具作出随机下落的小球

9.点击动画按钮,如图9,在弹出的动画编辑对话框中分别添加变量u0、i、u0,变量u0的起止范围为:u0~0,步数为1,变量i的起止范围为:i~i+1,步数为1,变量u0的起止范围为:0~1,步数为sudu(步数越小,小球下落越快;步数越大,小球下落越慢),动画序列选择“串行”,动画类型选择为“重复”,次数为m.

图示

图9 串行动画按钮

9.点击按钮工具,在弹出的对话框基本设置标签下,类型选择“并行”,按钮描述输入“初始化”,动作设置标签下添加变量i和u0,将这两个变量的初始值都设为0,得到初始化按钮(如图10).

图示

图10 制作初始化按钮

10.利用“自由点”工具在轨迹上取半自由点B,选中点B,属性基础标签中修改点值为1(如图11).

图示

图11 修改半自由点点值

11.按顺序选中A、B两点,点击测量工具,测量出A、B的距离,测量对象的编号为m10.

12.不选任何元素的情况下点击测量工具,在弹出的对话框中输入sign(i)*(m11+if(vpa(abs(m10-0*2*a),2,0)and(u0==1),1,0)),得到测量对象编号为m11,用同样的办法测量其他表达式(如下表所示),注意对象编号:

图示

说明:本作品采用嵌套测量累加计数的方法.嵌套测量是指测量计算内部引用到测量变量自身,叫作测量变量的自身嵌套测量.具体含义如图12.

图示

图12 嵌套测量累加计数的含义

13.选中点A,点击“平移”工具,按向量(k*2*a,0)平移得到点A1,选中点A1,点击“平移”工具,按向量(0,m35)平移得到点A2,按顺序选中点A1、A2,作线段A1A2,选中测量变量m33和点A1,点击“附着|分离”工具,将文本合并到点A1,选中变量k,点击“迭代”工具(如图13),作k→m36的迭代,迭代深度为n,迭代后的效果如图12所示(最后要注意设置迭代变量t,k的初始值t=-1,k=-1).

图示

图13 参数迭代高尔顿板球槽底部条形统计图

14.选中变量k和点A2,点击“轨迹”工具,在弹出的轨迹编辑对话框内设置变量起止范围:0~n-1,样本数为n,阈值为50,在属性中修改轨迹线型为虚线,重复刚才的动作,再作一次点A2的轨迹,在属性基础标签中修改线的颜色、填充色为红色,线宽为5(如图14).

图示

图14 用轨迹作频率分布折线图

✍AI写作