CN103473973A - 滑动摩擦力演示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种滑动摩擦力演示装置，其构造包括弹簧测力计、定滑轮、滑块、长木块、重物、电动机、细线、读数板、立板和电源，其特征在于：弹簧测力计竖直固定在读数板上，其正下方设有定滑轮，定滑轮通过细线一端与弹簧测力计连接，另一端与滑块相连，滑块水平放在长木块上，长木块的另一端通过细线与电动机相连，长木块在电动机带动下做水平匀速直线运动。本发明操作简捷、读数方便、性能稳定，既可以有效解决传统实验中用弹簧测力计拉动木块做匀速直线运动的操作难点，常规探究演示滑动摩擦力的大小跟接触面的粗造程度、压力大小和接触面积的大小的关系，又可以有效实施滑动摩擦力的大小跟运动速度大小的探究演示。

Description

滑动摩擦力演示装置
技术领域：
本发明涉及一种物理教具，具体为一种滑动摩擦力演示装置。
背景技术：
在中学物理教学中，滑动摩擦力是教学的重点，也是难点，而突破这一难点的最好方法是让学生通过实验去认识滑动摩擦力的大小与哪些因素有关？目前的实验方法主要是用弹簧测力计水平地拉着小木块在一块长木板上做匀速运动，利用二力平衡的条件，通过弹簧测力计的示数来得到滑动摩擦力的大小。这种方法虽然简单易做，但实验方案有以下缺点：（1）用手拉弹簧测力计拉力不均匀，小木块的运动速度时快时慢，弹簧测力计的示数始终在变化，不能准确地读数弹簧测力计的读数；（2）用手拉弹簧测力计时容易抬高，力的方向与小木块的运动方向有一夹角；（3）弹簧测力计水平放置，实验者的视线与弹簧测力计刻度不垂直，可见度低不便于准确读数；（4）在实验中学生既要用手拉弹簧测力计，又要观察实验现象，还要读数，分散了注意力容易产生偶然误差；（5）不能探究演示滑动摩擦力的大小跟运动速度大小的关系。
发明内容：
本发明针对以上不足，设计一种操作简单、性能稳定、演示效果明显的滑动摩擦力演示装置。这种装置即能使误差降低到最低限度，使实验时间比原来减少。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种滑动摩擦力演示装置，包括弹簧测力计、滑块、定滑轮、细线、长木块、重物、电动机、电源、读数板、立板，其特征在于：弹簧测力计竖直固定在读数板上，其正下方设有定滑轮，定滑轮一端与弹簧测力计连接，另一端与滑块相连，滑块水平放在长木块上，长木块的另一端与电动机相连，电动机借助立板根据长木板的高度与桌面固定，长木块在电动机带动下做水平匀速直线运动。
所述滑块为长方体，其下表面和四周设有粗糙程度不同的摩擦面，上表面设有4个圆柱形的重物槽。
所述滑块由木材或硬质塑料一次成型。
所述弹簧测力计为教师演示用弹簧测力计。
所述定滑轮的轴心与滑块的几何中心在一条直线上。
所述长木板和电动机转轴相连的细线与桌面保持水平。
所述重物为钩码或金属圆柱体。
所述重物由铁、铜或铝制成。
所述电动机的额定电压为直流9V或12V。
所述电源为学生稳压电源或调压器。
发明的有益效果是：（1）本装置将弹簧测力计竖直固定在读数板上，可见度高，便于读数；（2）接通电源按下电动机的开关，就由电动机带动长木板做水平匀速直线运动，此时弹簧测力计的读数稳定在某一刻度上，实验者可以很方便、清晰的得到在该条件下滑动摩擦力的大小，从而有效解决传统实验中用弹簧测力计拉着滑块做匀速直线运动的操作难点；（3）本装置中长方体滑块下表面和四周设有粗糙程度不同的摩擦面，在实验操作中，可以省去毛巾、棉布等器材的使用，简化实验操作，提高实验效率；上表面设有4个圆柱形的重物槽，通过增添重物的数量改变压力的大小，同时防止重物在运动过程中重物从滑块上摔落。（4）本装置中学生稳压电源电压可调，通过调节电压控制电动机转速，继而改变长木块的运动速度，这样本装置既可以常规探究演示滑动摩擦力的大小跟接触面的粗造程度、压力大小和接触面积的大小的关系，又可以方便的探究演示滑动摩擦力的大小跟运动速度大小的关系，从而改变运动速度越大滑动摩擦力越大的错误观念。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明    
图1为本发明实施例的结构示意图（电源未画出）。
图中：1—弹簧测力计，2—定滑轮，3—滑块，4—长木块，5—重物，6—电动机，7—细线，8—读数板，9—立板。
图2为滑块的四个侧面展开示意图。
具体实施方式  
图1所示，一种滑动摩擦力演示装置，包括弹簧测力计1、定滑轮2、滑块3、长木块4、重物5、电动机6、细线7、读数板8、立板9和电源，其特征在于：弹簧测力计1竖直固定在读数板8上，其正下方设有定滑轮2，定滑轮2通过细线7一端与弹簧测力计1连接，另一端与滑块3相连，定滑轮2的轴心与滑块3的几何中心在一条直线上，滑块3为长方体，其下表面和四周设有粗糙程度不同的摩擦面，上表面设有4个圆柱形的重物槽，实验操作中，滑块3水平放在长木块4上，长木块4的另一端通过细线7与电动机6相连，在电动机6带动下做水平匀速直线运动，电动机6借助立板根据长木板9的高度与桌面固定。
如图2所示，                                                
Figure 242945DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 702877DEST_PATH_IMAGE002
或
Figure 73815DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 85634DEST_PATH_IMAGE004
两个侧面粗糙程度相同而面积大小不同；
Figure 659966DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 251484DEST_PATH_IMAGE003
或
Figure 476929DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 925228DEST_PATH_IMAGE004
两个侧面面积大小相同而粗糙程度不同。
实施例一：探究演示滑动摩擦力的大小跟压力大小的关系
第一步：以滑块的下表面为摩擦接触面水平放在长木板上，用细线将滑块、定滑轮、弹簧测力计挂钩连在一起，调节使定滑轮竖直方向和水平方向的拉力互相垂直，然后用细线将长木块的另一端与电动机相连，根据长木板的高度调节电动机上的立板，使长木板和电动机转轴相连的细线与桌面保持水平，再固定好立板。
第二步：打开电源，调节电压为电动机的额定电压，让电动机带动长木板水平匀速直线运动，观察并记录读数板上弹簧测力计的读数。
第三步：保持滑块的摩擦接触面不变，在滑块上表面的4个圆柱形重物槽中加放1个重物，分别比较两次弹簧测力计的读数，发现：当接触面一定时，压力越大，滑动摩擦力越大。 
第四步：分别在滑块上表面的4个圆柱形重物槽中加放2个、3个、4个重物，重复上述实验，亦得上述结论。
实施例二：探究演示滑动摩擦力的大小跟接触面粗糙程度的关系
第一步：分别以滑块的
Figure 501703DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 631333DEST_PATH_IMAGE004
两个侧面为摩擦接触面水平放在长木板上，用细线将滑块、定滑轮、弹簧测力计挂钩连在一起，调节使定滑轮竖直方向和水平方向的拉力互相垂直，然后用细线将长木块的另一端与电动机相连，根据长木板的高度调节电动机上的立板，使长木板和电动机转轴相连的细线与桌面保持水平，再固定好立板。
第二步：打开电源，调节电压为电动机的额定电压，让电动机带动长木板水平匀速直线运动，观察并记录读数板上弹簧测力计的读数。
第三步：分别比较两次弹簧测力计的读数，小结：当压力一定时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。 
第四步：分别以滑块的
Figure 459087DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 343866DEST_PATH_IMAGE003
两个侧面为摩擦接触面，重复上述实验，亦得上述结论。
实施例三：探究演示滑动摩擦力的大小跟接触面积大小的关系
第一步：分别以滑块的、两个侧面为摩擦接触面水平放在长木板上，用细线将滑块、定滑轮、弹簧测力计挂钩连在一起，调节使定滑轮竖直方向和水平方向的拉力互相垂直，然后用细线将长木块的另一端与电动机相连，根据长木板的高度调节电动机上的立板，使长木板和电动机转轴相连的细线与桌面保持水平，再固定好立板。
第二步：打开电源，调节电压为电动机的额定电压，让电动机带动长木板水平匀速直线运动，观察并记录读数板上弹簧测力计的读数。
第三步：分别比较两次弹簧测力计的读数，发现：滑动摩擦力的大小跟接触面积大小无关。
第四步：分别以滑块的
Figure 9837DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 816250DEST_PATH_IMAGE004
两个侧面为摩擦接触面，重复上述实验，亦得上述结论。
实施例四：探究演示滑动摩擦力的大小跟物体的运动速度大小的关系
第一步：以滑块任一侧面为摩擦接触面水平放在长木板上，用细线将滑块、定滑轮、弹簧测力计挂钩连在一起，调节使定滑轮竖直方向和水平方向的拉力互相垂直，然后用细线将长木块的另一端与电动机相连，根据长木板的高度调节电动机上的立板，使长木板和电动机转轴相连的细线与桌面保持水平，再固定好立板。
第二步：打开电源，调节电压为电动机的额定电压和低于额定电压1V的电压或高于额定电压1V的电压，让电动机分别以不同的速度带动长木板水平匀速直线运动，观察并记录读数板上弹簧测力计的读数。
第三步：分别比较两次弹簧测力计的读数，发现：滑动摩擦力的大小跟物体的运动速度大小无关。

Claims (7)

1.一种滑动摩擦力演示装置，其构造包括弹簧测力计(1)、定滑轮(2)、滑块(3)、长木块(4)、重物(5)、电动机(6)、细线（7）、读数板（8）、立板（9）和电源，其特征在于：弹簧测力计(1)竖直固定在读数板(8)上，其正下方设有定滑轮(2)，定滑轮(2)通过细线（7）一端与弹簧测力计(1)连接，另一端与滑块(3)相连，滑块(3)水平放在长木块(4)上，长木块(4)的另一端通过细线（7）与电动机(6)相连，电动机(6)借助立板(9)根据长木板(4)的高度与桌面固定。
2.根据权利1所述的一种滑动摩擦力演示装置，其特征在于所述滑块(3)为长方体，其下表面和四周设有粗糙程度不同的摩擦面，上表面设有4个圆柱形的重物槽。
3.根据权利1所述的一种滑动摩擦力演示装置，其特征在于所述滑块(3) 由木材制成或硬质塑料一次成型。
4.根据权利1所述的一种滑动摩擦力演示装置，其特征在于所述重物(5)为钩码或金属圆柱体。
5.根据权利1所述的一种滑动摩擦力演示装置，其特征在于所述重物(5)由铁、铜或铝制成。
6.根据权利1所述的一种滑动摩擦力演示装置，其特征在于所述电动机(6)的额定电压为直流9V或12V。
7.根据权利1所述的一种滑动摩擦力演示装置，其特征在于所述电源为学生稳压电源或调压器。
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