CN113284402A

CN113284402A - 一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具

Info

Publication number: CN113284402A
Application number: CN202110535839.5A
Authority: CN
Inventors: 许文龙; 卓建银; 许梓墨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-05-17
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2021-08-20

Abstract

本发明涉及物理实验演示模型技术领域，具体是一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，包括演示台，所述演示台的一表面上沿同一方向平行延伸有至少三个演示区，至少三个所述演示区分别用于演示滚动摩擦和/或者滑动摩擦；至少三个所述演示区的起点位置位于同一水平直线上；用于提供演示物初始速度的驱动机构，所述驱动机构设置在至少三个所述演示区的起点位置处，所述驱动机构与所述演示台滑动连接；用于调节演示物初始运动方向的角度调节机构，所述角度调节机构设置在所述演示台与至少三个所述演示区相对的表面上，从而能使得学生更形象地理解相应的物理量对摩擦力大小的影响。

Description

一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具

技术领域

本发明涉及物理实验演示模型技术领域，具体是一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具。

背景技术

两个相互接触并挤压的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫做摩擦力，摩擦力的方向与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。摩擦力可以分为动摩擦和静摩擦，而动摩擦又可以分为滑动摩擦以及滚动摩擦。

由摩擦力表达式f＝μ*Fn得出，摩擦力影响因素为接触面表面的摩擦系数以及物体所受的压力，而现有技术中的演示教具无法演示滑动摩擦与滚动摩擦的区别，并且无法直观、形象的帮助老师进行实验演示该推论，无法进行定量探究滑动摩擦影响因素，不利于老师的教学以及学生对摩擦力的学习。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的技术方案是：一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，包括：

演示台，所述演示台的一表面上沿同一方向平行延伸有至少三个演示区，至少三个所述演示区分别用于演示滚动摩擦和/或者滑动摩擦；至少三个所述演示区的起点位置位于同一水平直线上；

用于提供演示物初始速度的驱动机构，所述驱动机构设置在至少三个所述演示区的起点位置处，所述驱动机构与所述演示台滑动连接；

用于调节演示物初始运动方向的角度调节机构，所述角度调节机构设置在所述演示台与至少三个所述演示区相对的表面上。

作为本发明的优选方案，至少三个所述演示区包括第一演示区、第二演示区以及第三演示区，所述第一演示区设置为凹槽，该凹槽内沿矩阵形式嵌设有若干个球体，若干个所述球体的直径与所述凹槽的槽深相等。

作为本发明的优选方案，所述第二演示区与所述第三演示区的表面摩擦系数不同。

作为本发明的优选方案，所述演示台的侧面上沿所述演示区延伸方向开设有插接腔，所述插接腔与所述凹槽相贯通，所述插接腔内滑动插接用于挤压所述球体的挤压板。

作为本发明的优选方案，所述插接腔内壁表面上设置有用于增大其与所述挤压板之间摩擦里的附着物。

作为本发明的优选方案，所述挤压板位于所述插接腔外部的一端经过两次弯折形成一限位部；所述限位部与所述演示台的侧壁弹性连接。

作为本发明的优选方案，所述演示台上与所述插接腔插入口同一平面的侧壁还开设有嵌接槽，所述嵌接槽内设置有弹性板，所述限位部上设置有嵌入所述嵌接槽内且与所述弹性板固定连接的卡止件。

作为本发明的优选方案，所述演示台上靠近所述演示区起点处的一端设置有一阶梯面，所述阶梯面固定有滑轨，所述滑轨的导引方向与所述演示区的延伸方向垂直。

作为本发明的优选方案，所述驱动机构通过滑动组件沿所述滑轨在不同所述演示区的起点之间滑动，所述滑动组件上设置有用于将所述滑动组件限定于所述滑轨上的锁止部件，所述滑动组件的上表面与所述演示台的上表面相平齐；用于提供滑块初始速度的驱动部件，所述驱动部件设置在所述滑动组件上。

作为本发明的优选方案，还包括用于固定所述调节机构的工作台。

有益效果

本发明通过改进在此提供一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，与现有技术相比，具有如下改进及优点：

1.将安装板上的演示运动区分为第一演示区、第二演示区、以及第三演示区，可以在同一个演示机构内分别演示不同状态下滑块运动所受到的摩擦力，从而验证上述公式中μ对于摩擦力大小的影响。

2.由于滑块在沿演示区运动时受到的压力为滑块重力沿垂直于运动面上的分力，因此通过设置调节机构，可以调节演示台相对于水平面的角度，从而验证运动平面的倾角对于压力的影响，从而能使得学生更形象地理解相应的物理量对摩擦力大小的影响，并且通过实验数据进行定量验证影响滑动摩擦的相关因素。

3.通过设置凹槽以及球体，并且可以调节球体之间的相互作用力，使得本发明能演示滑动摩擦与滚动摩擦，从而使得本发明能让学生更直观地理解滚动摩擦与滑动摩擦的区别，进而提高了本发明的实用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:

图1为本发明的等轴测结构示意图；

图2为本发明的等轴测阶梯剖视结构示意图；

图3为图2中A处放大图；

图4为本发明的局部特征爆炸后的阶梯剖视图；

图5为图4中B处放大图；

图6为本发明的等轴测剖视结构示意图；

图7为本发明中第一压动板的等轴测结构示意图；

图8为本发明中第二压动板的等轴测剖视结构示意图。

图中，演示台1，驱动机构2，调节机构3，球体131，插接腔111，挤压板16，限位部161，嵌接槽112，第二演示区14，第三演示区15，阶梯面12，滑动组件21，锁止部件25，连接板22，驱动部件23，压动板251，固定部231，驱动杆232，连接部2321，把手2322，工作台4，调节部31，转杆32，弹性连接部34，底座341，支撑部342，第二连接弹簧343。

具体实施方式

下面将结合附图1至图8对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-8所示，本发明为一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，包括演示台1，演示台1的一表面上沿同一方向平行延伸有至少三个演示区，至少三个演示区分别用于演示滚动摩擦和/或者滑动摩擦；至少三个演示区的起点位置位于同一水平直线上；

用于提供演示物初始速度的驱动机构2，驱动机构2设置在至少三个演示区的起点位置处，驱动机构2与演示台1滑动连接；

用于调节演示物初始运动方向的角度调节机构3，角度调节机构3设置在演示台1与至少三个演示区相对的表面上。

演示物可以为滑块或者任意一种规则物体，在本本实施例中以滑块为演示对象对本发明的技术方案进行详细描述。

由于物理摩擦力公式为f＝μ*FN，将演示台1上设置为至少三个演示区，可以在同一个演示机构内分别演示不同状态下滑块运动所受到的摩擦力，从而验证上述公式中μ对于摩擦力大小的影响，通过设置调节机构3，可以调节演示台1相对于水平面的角度，从而调节物体受到的压力的大小，从而能使得学生更形象地理解相应的物理量对摩擦力大小的影响。

并且其中一个演示区可以切换滑块在运动时，受到的摩擦力的类型(滚动摩擦与滑动摩擦)，从而使得学生能更直观地理解滚动摩擦与滑动摩擦的区别。

进一步的优选方案，至少三个演示区包括第一演示区13、第二演示区14以及第三演示区15，第一演示区13的位置处开设有凹槽，凹槽内沿矩阵形式嵌设有若干个球体131，若干个球体131的直径与凹槽的槽深相等。

若干球体131沿矩阵形式嵌设在凹槽内，且球体131的直径与凹槽的槽深相等，这样就使得由若干个球体131形成的运动区的端面与演示台1上表面相平齐，从而使得滑块是平整地运动到第一演示区13的，从而提高实验的准确性，并且在没有外力的情况下，各个球体131之间相接触但不会相互挤压，这样就使得当滑块在运动到第一演示区13时，在摩擦力的作用下，球体131会产生滚动，滑块受到球体131的摩擦为滚动摩擦，当有外力的情况下，各个球体之间相互挤压，由此当滑动在运动到第一演示区13时，球体131不会发生滚动，此时滑块受到球体131的摩擦为滑动摩擦，从而使得本发明能让学生更直观地理解滚动摩擦与滑动摩擦的区别，进而提高了本发明的实用性。

第二演示区14与第三演示区15的表面摩擦系数不同，，从而使得本发明可以在同一个演示机构内分别演示不同状态下滑块运动所受到的摩擦力，从而验证上述公式中μ对于摩擦力大小的影响，进而降低了生产成本，提高本发明的实用性，并且在各个演示区上均设计有刻度线，方便了对实验数据的测量及运算，提高实验的准确性。

如图2-5所示，进一步的优选方案，演示台1上插接有用于挤压若干个球体131的挤压板16，演示台1沿至少三个演示区延伸方向的侧面上开设有插接腔111，插接腔111与凹槽相贯通，挤压板16与插接腔111滑动连接。

通过设置挤压板16，从而能对球体131之间的受力进行调节，向靠近凹槽的方向压动挤压板16，从而使得挤压板16能对球体131进行挤压，这样就使得各个球体之间相互挤压，由此当滑块在运动到第一演示区13时，球体131不会发生滚动，此时滑块受到球体131的摩擦为滑动摩擦；

当向外拉动挤压板16，这样就使得当滑块在运动到第一演示区13时，在摩擦力的作用下，球体131会产生滚动，滑块受到球体131的摩擦为滚动摩擦，从而方便了对球体131相互之间受力情况的调节，并且插接腔111与挤压板16相接触的表面上设置有用于增大摩擦的附着物，作为优选该附着物为橡胶板，从而增大挤压板16与插接腔111之间的摩擦，这样就使得在自然状态下(非人为操纵)挤压板16不会沿着插接腔111运动，从而提高实验的准确性。

插接腔111开口的宽度小于球体131的直径，这样就使得球体131不会从插接腔111的开口处滑落，使得球体131能嵌合在凹槽内。

挤压板16位于插接腔111外部的一端经过两次弯折形成一限位部161；限位部161与演示台1的侧壁弹性连接。这样使得挤压板16相对于演示台1的位置是固定的，从而能防止挤压板16丢失的问题，而限位部161与演示台1弹性连接，使得挤压板16具有可调性，可以沿着插接腔111相对滑动。

演示台1上与插接腔111插入口同一平面的侧壁还开设有嵌接槽112，嵌接槽112内设置有弹性板，限位部161上设置有嵌入嵌接槽112内且与弹性板固定连接的卡止件。

将限位部161与弹性板通过卡止件固定连接，这样使得在向内挤压挤压板16时具有一定的缓冲，从而防止压力过大而导致第一演示区13因受力不均而中间隆起的问题，提高实验演示的稳定性，从而提高实验的准确性，有利于学生理解摩擦力的相关知识。

进一步的优选方案，演示台1位于三个演示区起点处的一端设置有一阶梯面12，阶梯面12上设置有滑轨121，滑轨121沿至少三个演示区的起点的水平线方向延伸。

通过设置阶梯面12使得，驱动机构2用于承载滑块的平面与演示台1的上表面相贴合，并且设置有滑轨121，从而使得驱动机构2能沿着滑轨121进行滑动调节位置，使得驱动机构2能在不同的运动区上进行摩擦力实验的演示，提高本发明的实用性。

如图6、图8所示，进一步的优选方案，驱动机构2通过滑动组件21沿滑轨121在不同演示区的起点之间滑动，滑动组件21上设置有用于将滑动组件21限定于滑轨上的锁止部件25，滑动组件21的上表面与演示台1的上表面相平齐，滑动组件21为一具有与滑轨121相嵌合的滑槽的滑动板，该滑动板上设置有连接板22，连接板22上设置有用于提供滑块初始速度的驱动部件23，滑动板21靠近演示台1的一侧设置有定位板22。

通过锁止部件25，能将滑动组件21与滑轨121进行锁止，从而使得滑动组件21不会在实验进行的过程中发生滑动，从而提高实验的稳定性，通过设置定位板22，使得滑块的中心位置正对于驱动部件23的中心位置，这样就能使得滑块是沿驱动部件23的中心线的方向运动，这样就避免了滑块不会从一个运动区运动到另一个运动区上去，从而不会影响实验的准确性。

锁止部件25可以通过螺栓或者是其他能够增大滑动组件21与滑轨121侧壁之间压力的形式进行锁止。作为优选方案，在本实施例中，锁止部件25包括压动板251，压动板251的一端通过开设在滑动组件21侧壁上的楔形槽与滑轨121的侧壁抵接，该楔形槽由滑动组件21远离演示台1的一侧壁通向与滑轨121相嵌接的侧壁上，且该楔形槽靠近滑轨121的开口的投影面积小于另一端开口的投影面积，并且压动板251的一端为楔形端，且与楔形槽相适应，这样就使得在向内压动压动板251时，能使得压动板251的楔形端与滑轨121紧密贴合，并且楔形端与楔形槽嵌合后使得在没有外力的情况下，压动板251不会沿着楔形槽滑动，从而实现锁止功能。

进一步的优选方案，驱动部件23包括固定部231，固定部231设置在连接板22上；驱动杆232，驱动杆232与固定部231弹性连接。通过拉动驱动杆232使得驱动杆232与固定部231之间的弹性件拉伸，当释放驱动杆232时，在弹性件的作用下，驱动杆232复位，驱动杆232推动滑块，使得滑块具有运动的初速度。

作为进一步的优选方案，固定部231呈圆筒形，驱动杆232的两端穿过固定部231，且驱动杆232位于固定部231内部的位置处设置有连接部2321，连接部2321通过第一连接弹簧233与固定部231连接，驱动杆232远离演示台1的一端设置有把手2322，提高驱动部件23在使用时的舒适度，驱动杆232在把手2322与连接部2321之间设置有刻度线，且在初始状态下驱动杆232与固定部231外侧壁正对的位置为零刻度线。

这样就使得驱动部件23在提供滑块初始速度时，为可调节的，能提供滑块不同的初始速度，并且由于弹力的公式为F＝KL,通过驱动部件23的设置，使得学生在学习摩擦力的时候能结合其他物理知识，进行实验论证，可以将物理知识进行串联，从而提高本发明适实用性。

作为优选方案，还包括用于固定调节机构3的工作台4，并且在工作台4上还设置有至少两个用于储存球体131的储存盒，从而避免了球体131丢失的问题，并且在本实施例中，至少两个用于储存球体131的储存盒，是用来储存不同摩擦系数的球体131的，从而提高摩擦力实验演示的多样性，使得学生能更直观更全面地理解摩擦力的相关知识。

进一步的，调节机构3包括调节部31，调节部31固定设置在演示台1的正下方；用于调节演示台1角度的转杆32，转杆32的一端与调节部31连接，转杆32的另一端设置有刻度盘，从而能准确地读取演示台1转动的角度。

由于滑块在沿演示区运动时受到的压力为滑块重力沿垂直于运动面上的分力，因此通过设置调节机构3，可以调节演示台1相对于水平面的角度，从而验证运动平面的倾角对于压力的影响，从而能使得学生更形象地理解相应的物理量对摩擦力大小的影响，并且通过实验数据进行定量验证影响滑动摩擦的相关因素。

进一步的，还包括弹性连接部34，弹性连接部34用于连接演示台1与工作台4，弹性连接部34包括底座341，底座341固定设置在工作台4上，底座341上具有一开口朝上的连接槽；支撑部342，支撑部342的一端固定设置在演示台1的下表面，支撑部342的另一端嵌入在连接槽内，且通过第二连接弹簧343与底座341弹性连接，这样使得在调节演示台1的角度时，弹性连接部34能进行相适应的伸缩，从而提高本发明的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，其特征在于，包括：

演示台，所述演示台的一表面上沿同一方向平行延伸有至少三个演示区，所述演示区分别用于演示滚动摩擦和/或者滑动摩擦；所述演示区的起点位置位于同一水平直线上；

用于提供演示物初始速度的驱动机构，所述驱动机构设置在所述演示区的起点位置处，所述驱动机构与所述演示台滑动连接；

用于调节演示物初始运动方向的角度调节机构，所述角度调节机构设置在所述演示台与所述演示区相对的表面上。

2.根据权利要求1所述的一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，其特征在于：所述演示区包括第一演示区、第二演示区以及第三演示区，所述第一演示区设置为凹槽，该凹槽内沿矩阵形式嵌设有若干个球体，所述球体的直径与所述凹槽的槽深相等。

3.根据权利要求2所述的一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，其特征在于：所述第二演示区与所述第三演示区的表面摩擦系数不同。

4.根据权利要求2所述的一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，其特征在于：所述演示台的侧面上沿所述演示区延伸方向开设有插接腔，所述插接腔与所述凹槽相贯通，所述插接腔内滑动插接用于挤压所述球体的挤压板。

5.根据权利要求4所述的一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，其特征在于：所述插接腔内壁表面上设置有用于增大其与所述挤压板之间摩擦里的附着物。

6.根据权利要求5所述的一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，其特征在于：所述挤压板位于所述插接腔外部的一端经过两次弯折形成限位部；所述限位部与所述演示台的侧壁弹性连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，其特征在于：所述演示台上与所述插接腔插入口同一平面的侧壁还开设有嵌接槽，所述嵌接槽内设置有弹性板，所述限位部上设置有嵌入所述嵌接槽内且与所述弹性板固定连接的卡止件。

8.根据权利要求1所述的一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，其特征在于：所述演示台上靠近所述演示区起点处的一端设置有一阶梯面，所述阶梯面固定有滑轨，所述滑轨的导引方向与所述演示区的延伸方向垂直。

9.根据权利要求8所述的一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，其特征在于：所述驱动机构通过滑动组件沿所述滑轨在不同所述演示区的起点之间滑动，所述滑动组件上设置有用于将所述滑动组件限定于所述滑轨上的锁止部件，所述滑动组件的上表面与所述演示台的上表面相平齐；用于提供滑块初始速度的驱动部件，所述驱动部件设置在所述滑动组件上。

10.根据权利要求1所述的一种用于物理摩擦力实验的新型演示教具，其特征在于：还包括用于固定所述调节机构的工作台。