CN104064079B - 摩擦自锁原理教学试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦自锁原理教学试验装置及其试验方法，它包括一个带吸盘的底座、斜板和直角楔形支撑板，底座上设有滑槽，楔形支撑板设在滑槽中能沿滑槽左右移动，斜板一端通过活页连接在滑槽端部的底座上，斜板另一端搭在直角楔形支撑板上，从而使斜板、底座和楔形支撑板构成一个活动的斜面；在斜板上设有滑块，滑块中间带有通孔，通孔与橡胶气囊的气管相连通；在滑槽边缘设有刻度。通过该装置可以演示自锁的产生过程、确定临界自锁角以及自锁的解除方法，老师通过理论结合实际的方式，边演示边讲解，当场揭示摩擦自锁原理，在演示过程中，学生可以直观看到自锁的产生以及解除的方法，达到事半功倍的效果。

Description

摩擦自锁原理教学试验装置及其试验方法

技术领域

本发明属于中等教育物理力学教学试验仪器，尤其是用于演示摩擦力自锁原理的教学试验装置。

背景技术

在中学物理学习中，自锁是一个重要现象，具有广泛应用，了解自锁的原理能加深对摩擦力的学习和掌握，但是至今为止自锁现象一直是高中物理较难真正掌握的内容之一。为了加深学生对自锁原理的理解，老师们通常结合自然现象和生活常识来进行解释，比如电业工人攀爬电线杆时使用的登高鞋、管钳等自锁装置；处于长期稳定的自然界土坡随着日月积累，在降雨作用下突然失去稳定，可以用自锁解除来分析等等。这些自然现象和生活常识对成人来说可能是较常见的，但对于一个中学生来说，由于生活经验和专业知识的缺乏，感官上的灌输还是无法使他们真正理解摩擦自锁的含义。

发明内容

为了在课堂教学中，操作方便，直观展示自锁过程及自锁解除的物理现象，满足课堂教学中的直观性，本发明提供一种摩擦自锁原理的教学试验装置及其试验方法。

为了达到上述目的，本发明的摩擦自锁原理教学试验装置结构是：

它包括一个底部带有吸盘的底座、斜板和直角楔形支撑板，底座上设有滑槽，楔形支撑板设在滑槽中可以沿滑槽左右移动，斜板一端通过活页连接在滑槽端部的底座上，斜板另一端搭在直角楔形支撑板上，从而使斜板、底座和直角楔形支撑板构成一个活动的斜面，通过左右移动直角楔形支撑板，改变斜板的倾斜角；在斜板上设有滑块，滑块中间带有通孔，通孔与橡胶气囊的气管相连通；在滑槽边缘设有刻度，0刻度值设在活页轴中心线处。

利用上述装置对摩擦自锁原理进行试验的方法如下：

第一步：自锁产生过程演示

第1.1步：首先将试验装置通过底座底部的橡胶吸盘固定在平整桌面上；

第1.2步：调整直角楔形支撑板垂直面朝向内侧，斜面朝向外侧，并将直角楔形支撑板平移到滑槽最内侧，此时斜板的倾斜角为最大值，拔掉插在滑块通孔中的气管，将滑块置于斜板上，发现滑块将沿斜板快速滑落；

第1.3步：将直角楔形支撑板向外侧平行移动一定距离后，保持直角楔形支撑板位置不变，此时斜板的倾斜角变小，将滑块重新置于斜板上，发现滑块仍沿斜板滑落，但速度降低，重复此步骤，直至滑块滑落速度非常缓慢；

第1.4步：将滑块再次放在斜板顶端，滑块开始缓慢下滑，此时，操作者一手压住底座，另一手向外慢慢平行推动直角楔形支撑板，使直角楔形支撑板缓慢向滑槽外侧平行移动，斜板也随之缓慢转动，其转动角逐渐减小；当斜板旋转至一定角度时，斜板上面的滑块停止滑动，此时滑块达到自锁状态，继续推动直角楔形支撑板直到推到滑槽最外侧，期间滑板一直不再移动，说明滑块一直处于自锁状态；

第二步：确定临界自锁角

第2.1步：调整直角楔形支撑板垂直面朝向右侧，斜面朝向左侧，操作者一手压住底座，另一手往内慢慢平行推动直角楔形支撑板，使直角楔形支撑板缓慢向滑槽内侧平行移动，斜板也随之缓慢转动，其转动角逐渐增大；当斜板旋转至一定角度时，斜板上面的滑块开始滑动，此时斜板与底座的夹角，即为临界自锁角；

第2.2步：读出此时直角楔形支撑板直角边对准的滑槽边缘的刻度值，用支撑板高度除以该刻度值，即为临界自锁角的正切值，从而得到临界自锁角的角度；

第三步：自锁解除的操作方法：

第3.1步：把直角楔形支撑板重新平移到滑槽最外侧，此时斜板上的滑块处于自锁状态；

第3.2步：将橡胶气囊的气管插入滑块的通孔中，手握气囊，并快速挤压；

第3.3步：由于快速挤压气囊，气体通过气管迅速到达滑块底面，使滑块与斜板之间摩擦力减小，此时虽然自锁角没有变化，但是也发生了解锁现象，滑块滑下。

本发明的优点是：

1、利用本发明试验装置可以在课堂上方便演示自锁及解除现象，老师通过理论结合实际的方式，边演示边讲解，当场揭示摩擦自锁原理，在演示过程中，学生可以直观看到自锁的产生以及解除的方法，达到事半功倍的效果。

2、本发明试验装置结构简单，简易可行，无论是老师还是学生都可以操作，实用性强。

3、利用本发明装置不仅能演示自锁现象及自锁解除的过程，同时还可以确定不同材料在特定条件下的临界摩擦角(临界自锁角)，通过临界摩擦角和滑块的重力进一步推出材料的摩擦系数。

附图说明

图1是本发明实施例的主视图；

图2是本发明实施例的立体示意图。

图中：1-吸盘，2-底座，3-直角楔形支撑板，4-有机玻璃斜板，5-有机玻璃滑块，6-通孔，7-气管，8-橡胶气囊，9-活页，10-刻度。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图1和图2所示，本发明的试验装置是在带有吸盘1的底座2上通过活页9连接有有机玻璃斜板4，在底座2上设有滑槽(图中未画出)，在滑槽中设有直角楔形支撑板3，有机玻璃斜板4搭在直角楔形支撑板3上，从而使有机玻璃斜板4、底座2和直角楔形支撑板3构成一个活动的斜面，在有机玻璃斜板4上设有有机玻璃滑块5，有机玻璃滑块5中间带有通孔6，通孔6与橡胶气囊8的气管7相连通。在滑槽边缘设有刻度10，0刻度值设在活页9轴中心线处。

上述底座2，尺寸为80cm×30cm×1cm；有机玻璃斜板4，寸为60cm×20cm×1cm；直角楔形支撑板3，高度10cm。三个部件组成的三角形中斜板4的最小倾角为10.3°，此时有机玻璃滑块5在有机玻璃斜板4上处于自锁状态。

利用上述装置确定自锁临界角以及自锁解除的方法如下：

第一步：自锁产生过程演示

第1.1步：首先将试验装置通过底座2底部的橡胶吸盘1固定在平整桌面上，为了便于操作，固定装置时，将活页9一端放在操作者左手一端；

第1.2步：调整直角楔形支撑板3垂直面朝向左侧，斜面朝向右侧，并将直角楔形支撑板3平移到滑槽最左侧，此时有机玻璃斜板4的倾斜角为最大值，拔掉插在滑块通孔6中的气管7，将滑块5置于有机玻璃斜板4上，发现滑块5将沿有机玻璃斜板4快速滑落；

第1.3步：将直角楔形支撑板3向右侧移动一定距离后，保持直角楔形支撑板3位置不变，此时有机玻璃斜板4的倾斜角变小，将有机玻璃滑块5重新置于斜板4上，发现有机玻璃滑块5仍沿有机玻璃斜板4滑落，但速度降低，重复此步骤，直至有机玻璃滑块5滑落速度非常缓慢；

第1.4步：将有机玻璃滑块5再次放在有机玻璃斜板4顶端，有机玻璃滑块5开始缓慢下滑，此时，操作者左手压住底座2，右手贴紧直角楔形支撑板3直角面往右慢慢推动直角楔形支撑板3，使直角楔形支撑板3缓慢向右侧移动，有机玻璃斜板4也随之缓慢顺时针转动，其转动角逐渐减小；当有机玻璃斜板4旋转至一定角度时，有机玻璃斜板4上面的有机玻璃滑块5停止滑动，此时有机玻璃滑块5达到自锁状态，继续推动直角楔形支撑板3直到推到滑槽最右侧，期间有机玻璃滑块5一直不再移动，说明有机玻璃滑块5一直处于自锁状态；

第二步：确定临界自锁角

第2.1步：调整直角楔形支撑板3垂直面朝向右侧，斜面朝向左侧，将直角楔形支撑板3平移到滑槽最右侧，此时有机玻璃斜板4的倾斜角为最小值。操作者左手压住底座2，右手贴紧直角楔形支撑板3外侧往左慢慢推动直角楔形支撑板3，使直角楔形支撑板3缓慢向滑槽左侧平行移动，斜板4也随之缓慢逆时针转动，其转动角逐渐增大；当斜板4旋转至一定角度时，有机玻璃斜板4上面的有机玻璃滑块5开始滑动，此时有机玻璃斜板4与底座2的夹角，即为临界自锁角；

第2.2步：读出此时直角楔形支撑板3直角边对准的滑槽边缘的刻度值，用直角楔形支撑板3高度除以该刻度值，即为临界自锁角的正切值，从而得到临界自锁角的角度；

第三步：自锁解除的操作方法：

第3.1步：把直角楔形支撑板3重新平移到滑槽最右侧，此时有机玻璃斜板4上的滑块5处于自锁状态；

第3.2步：将橡胶气囊8的气管7插入有机玻璃滑块5的通孔6中，手握气囊8，并快速挤压；

第3.3步：由于快速挤压气囊8，气体通过气管7迅速到达有机玻璃滑块5底面，使有机玻璃滑块5与有机玻璃斜板4之间摩擦力减小，此时虽然自锁角没有变化，但是也发生了解锁现象，有机玻璃滑块5滑下。

Claims (1)

1.一种利用摩擦自锁原理教学试验装置进行试验的方法，其特征在于，所述的教学试验装置结构是：它包括一个底部带有吸盘的底座、斜板和直角楔形支撑板，底座上设有滑槽，直角楔形支撑板设在滑槽中能沿滑槽左右移动，斜板一端通过活页连接在滑槽端部的底座上，斜板另一端搭在直角楔形支撑板上，从而使斜板、底座和直角楔形支撑板构成一个活动的斜面，通过左右移动直角楔形支撑板，调整斜板的倾斜角；在斜板上设有滑块，滑块中间带有通孔，通孔与橡胶气囊的气管相连通；在滑槽边缘设有刻度，0刻度值设在活页轴中心线处；试验方法如下：

第一步：自锁产生过程演示

第1.1步：首先将试验装置通过底座底部的橡胶吸盘固定在平整桌面上；

第1.2步：调整直角楔形支撑板垂直面朝向内侧，斜面朝向外侧，并将直角楔形支撑板平移到滑槽最内侧，此时斜板的倾斜角为最大值，拔掉插在滑块通孔中的气管，将滑块置于斜板上，发现滑块将沿斜板快速滑落；

第1.3步：将直角楔形支撑板向外侧平行移动一定距离后，保持直角楔形支撑板位置不变，此时斜板的倾斜角变小，将滑块重新置于斜板上，发现滑块仍沿斜板滑落，但速度降低，重复此步骤，直至滑块滑落速度非常缓慢；

第1.4步：将滑块再次放在斜板顶端，滑块开始缓慢下滑，此时，操作者一手压住底座，另一手向外慢慢平行推动直角楔形支撑板，使直角楔形支撑板缓慢向滑槽外侧平行移动，斜板也随之缓慢转动，其转动角逐渐减小；当斜板旋转至一定角度时，斜板上面的滑块停止滑动，此时滑块达到自锁状态，继续推动直角楔形支撑板直到推到滑槽最外侧，期间滑块一直不再移动，说明滑块一直处于自锁状态；

第二步：确定临界自锁角

第2.1步：调整直角楔形支撑板垂直面朝向外侧，斜面朝向内侧，操作者一手压住底座，另一手往内慢慢平行推动直角楔形支撑板，使直角楔形支撑板缓慢向滑槽内侧平行移动，斜板也随之缓慢转动，其转动角逐渐增大；当斜板旋转至一定角度时，斜板上面的滑块开始滑动，此时斜板与底座的夹角，即为临界自锁角；

第2.2步：读出此时直角楔形支撑板直角边对准的滑槽边缘的刻度值，用支撑板高度除以该刻度值，即为临界自锁角的正切值，从而得到临界自锁角的角度；

第三步：自锁解除的操作方法：

第3.1步：把直角楔形支撑板重新平移到滑槽最外侧，此时斜板上的滑块处于自锁状态；

第3.2步：将橡胶气囊的气管插入滑块的通孔中，手握橡胶气囊，并快速挤压；

第3.3步：由于快速挤压橡胶气囊，气体通过气管迅速到达滑块底面，使滑块与斜板之间摩擦力减小，此时虽然自锁角没有变化，但是也发生了解锁现象，滑块滑下。