CN103985291B - 一种测定摩擦系数的教具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测定摩擦系数的教具，包括：一底座，包括一底板及一设于所述底板侧部的侧板；一电子称，设于所述底板上；一实验板，水平滑动连接于所述电子称上；一弹簧测力计，沿所述实验板的滑动方向水平连接于所述实验板与所述侧板之间；一实验轮，架设于所述实验板与所述底板之间；一驱动单元，驱动连接所述实验轮，使所述实验轮匀速滚动连接于所述实验板上。通过在实验板的底部设置滑轮组，使得实验板在滑轮组上做水平直线运动，保证了当实验板移动时，与实验板水平连接的弹簧测力计上测得的读数就是实验板受到的水平拉力的大小，即摩擦力大小；通过驱动单元驱动实验轮做匀速转动，从而保证了实验轮在实验板上做匀速滚动运动。
Description
技术领域
本发明涉及一种教学器具，尤其涉及一种测定摩擦系数的教具。
背景技术
中学物理课上常常会采用如图1所示的实验教具来分析摩擦力、摩擦系数、正压力之间的关系，在实验中，采用弹簧秤21拉着木块22在木板23上做水平匀速直线运动，从弹簧秤21上直接读出拉力f大小，因为当木块做匀速直线运动时，木块22水平方向受到的拉力f和木板23对木块22的摩擦力是一对大小相等、方向相反的平衡力，因此只要保持拉力方向始终在水平方向上，那么，从弹簧秤21上读取的拉力f大小就等于木板23对木块22的摩擦力大小。又因为此时，木块22对木板23接触面的正压力N的大小与木块22的重力大小相等，因此，按照摩擦系数的公式，得到接触面的粗糙程度，即摩擦系数μ＝f/N，从而测定木板23与木块22间的摩擦系数μ。
然而，在上述摩擦系数的测定方法中，既要保证对木块施加的拉力是匀速的，还要保证该拉力是水平施加的，才能得到准确测定的摩擦系数。现有的解决匀速的方法是利用一能够控制匀速运动的智能设备24连接至弹簧秤21，并控制弹簧秤21拉着木块22做匀速运动。但是还没有一种方法能够解决水平的问题，当拉力非水平施加时，会产生力矩，弹簧秤21上的读数就不能等同于摩擦力的大小，也就不能准确测定摩擦系数。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种准确测定摩擦系数，能够保证被测物体间发生匀速直线运动的测定摩擦系数的教具。
为实现上述技术效果，本发明公开了一种测定摩擦系数的教具，包括：
一底座，所述底座包括一底板及一设于所述底板侧部的侧板；
一电子称，所述电子称设于所述底板上；
一实验板，所述实验板水平滑动连接于所述电子称上；
一弹簧测力计，所述弹簧测力计沿所述实验板的滑动方向水平连接于所述实验板与所述侧板之间；
一实验轮，所述实验轮架设于所述实验板上；
一控制单元，所述控制单元驱动连接所述实验轮，使所述实验轮匀速滚动连接于所述实验板上。
本发明进一步的改进在于，所述电子称上设有滑轮组，所述实验板设于所述滑轮组上，并且所述实验板通过所述滑轮组水平滑动连接于所述电子称上。
本发明进一步的改进在于，所述实验轮通过一传动架架设于所述实验板上，所述传动架包括一第一杆件、一第二杆件和一第三杆件，所述第一杆件的第一端固定于所述底板上，所述第一杆件的第二端与所述第二杆件的第一端枢接连接，所述第二杆件的第二端与所述第三杆件的第一端枢接连接，所述第三杆件的第二端连接所述实验轮。
本发明进一步的改进在于，所述第三杆件的第二端设有一转轴，所述转轴连接所述实验轮的旋转中心，所述驱动单元设于所述转轴上，通过所述驱动单元驱动所述转轴转动，从而带动所述实验轮绕所述旋转中心匀速旋转。
本发明进一步的改进在于，所述驱动单元为一电机。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果是：通过在实验板的底部设置滑轮组，使得实验板在滑轮组上做水平直线运动，保证了当实验板移动时，与实验板水平连接的弹簧测力计上测得的读数就是实验板受到的水平拉力的大小，即摩擦力大小；通过驱动单元驱动实验轮做匀速转动，从而保证了实验轮在实验板上做匀速滚动运动。
附图说明
图1是现有的测定摩擦系数的教具的示意图。
图2是本发明一种测定摩擦系数的教具的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参阅图2所示，本发明的一种测定摩擦系数的教具主要由一底座、一电子称12、一弹簧测力计13、一实验板14、一实验轮15和一驱动单元构成。其中，底座呈L型，由一底板111和一侧板112组成，侧板112设于底板111的一侧侧部。电子称12设于底板111上，电子称12上设有滑轮组16，实验板14设于滑轮组16上，并且实验板14通过滑轮组16水平滑动连接于电子称12上，弹簧测力计13沿实验板14的滑动方向水平连接于实验板14与侧板112之间，通过在实验板14的底部设置滑轮组16，使得实验板14在滑轮组16上做水平直线运动，保证了当实验板14移动时，弹簧测力计13上测得的读数就是实验板14受到的水平拉力。
实验轮15通过一传动架17架设于实验板14上，传动架17由一第一杆件171、一第二杆件172和一第三杆件173传动连接构成，第一杆件171的第一端1711固定于底板111上，第一杆件171的第二端1712与第二杆件172的第一端1721枢接连接，第二杆件172的第二端1722与第三杆件173的第一端1731枢接连接，第三杆件173的第二端1732设有一转轴18，转轴18连接实验轮15的旋转中心，驱动单元(图中未显示控制单元)为一电机，设于转轴18上，并通过电机驱动转轴18匀速转动，从而带动实验轮15绕其旋转中心做匀速旋转运动，实验轮15的下端置于实验板14上，实验轮15转动，使得实验轮15匀速滚动连接于实验板14上，从而保证了实验轮15与实验板14之间发生的是匀速运动。实验轮15通过一传动架17架设于实验板17上，通过实验轮15架设前后电子称12的数值变化得到实验轮15的重量，即得到实验轮15与实验板14之间的正压力。
本发明的测定摩擦系数的教具的具体使用和实现方法如下：
首先，将实验板14水平放置于滑轮组16上，沿实验板14于滑轮组16上的滑动方向，将弹簧测力计13水平连接于实验板14和侧板112之间，弹簧测力计13调零，并记录此时电子称12的重量G1；
然后，将实验轮15架设于实验板14上，使得实验轮15初步稳定放置于实验板14上，记录此时电子称12的重量G2，从而得到实验轮的重量G2-G1，也就是实验轮15与实验板14之间的正压力N＝G2-G1；
接着，驱动单元驱动实验轮15旋转中心的转轴18匀速转动，带动实验轮15绕其旋转中心沿箭头a方向匀速旋转，从而使得实验轮在实验板14上做匀速滚动，实验轮15在其下端与实验板14相接触的位置，对实验板14施加一沿箭头b方向水平向外的拉力F，拉动实验板14沿滑轮组16向外做水平直线运动。使得与实验板14连接的弹簧测力计13的读数发生变化，记录此时弹簧测力计13的读数F，由于此时，实验轮15对实验板14施加的拉力F与实验板14对实验轮15产生的摩擦力是一对大小相等，方向相反的作用力与反作用力，因此，拉力F的大小就等于实验板14与实验轮15之间的摩擦力的大小；
最后，利用摩擦系数μ的计算公式得到摩擦系数μ＝F/N，得到准确测定的摩擦系数μ。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种测定摩擦系数的教具，其特征在于所述教具包括：
一底座，所述底座包括一底板及一设于所述底板侧部的侧板；
一电子称，所述电子称设于所述底板上；
一实验板，所述实验板水平滑动连接于所述电子称上；
一弹簧测力计，所述弹簧测力计沿所述实验板的滑动方向水平连接于所述实验板与所述侧板之间；
一实验轮，所述实验轮架设于所述实验板上；
一驱动单元，所述驱动单元驱动连接所述实验轮，使所述实验轮匀速滚动连接于所述实验板上。
2.如权利要求1所述的测定摩擦系数的教具，其特征在于：所述电子称上设有滑轮组，所述实验板设于所述滑轮组上，并且所述实验板通过所述滑轮组水平滑动连接于所述电子称上。
3.如权利要求1所述的测定摩擦系数的教具，其特征在于：所述实验轮通过一传动架架设于所述实验板上，所述传动架包括一第一杆件、一第二杆件和一第三杆件，所述第一杆件的第一端固定于所述底板上，所述第一杆件的第二端与所述第二杆件的第一端枢接连接，所述第二杆件的第二端与所述第三杆件的第一端枢接连接，所述第三杆件的第二端连接所述实验轮。
4.如权利要求3所述的测定摩擦系数的教具，其特征在于：所述第三杆件的第二端设有一转轴，所述转轴连接所述实验轮的旋转中心，所述驱动单元设于所述转轴上，通过所述驱动单元驱动所述转轴转动，从而带动所述实验轮绕所述旋转中心匀速旋转。
5.如权利要求4所述的测定摩擦系数的教具，其特征在于：所述驱动单元为一电机。
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