CN113436512B - 一种物理摩擦力实验演示装置 - Google Patents

Abstract

一种物理摩擦力实验演示装置，包括实验台，实验台的一侧有弹簧测力计固定装置，实验台上有移动座，移动座内开设内腔，内腔内有数个升降装置，升降装置上有摩擦系数调节装置，移动座上有矩形块，矩形块的一侧设有连接装置，弹簧测力计固定装置的一侧能够连有弹簧测力计，还包括压力调节装置，压力调节装置能够对矩形块所受到的压力进行调节。本发明结构紧凑，且通过移动座的内部结构设计，使得本发明的摩擦系数调节装置通过升降即可改变矩形块的接触面粗糙程度，避免了频繁更换道具，且通过压力调节装置改变矩形块受到的压力从而使得学生可了解压力的大小改变与摩擦力之间的关系，防止目前采用重物叠加方式容易导致重物倾倒影响实验过程的弊端。

Description

一种物理摩擦力实验演示装置

技术领域

本发明属于摩擦力实验演示装置领域，具体地说是一种物理摩擦力实验演示装置。

背景技术

现有的摩擦力实验大多通过弹簧测力计、木块配合进行实验，当需要验证摩擦力与接触面的粗糙程度之间的关系时，通常在木块与实验台之间加上毛巾或者其他物品改变粗糙度，如果需要多次的实验则需要多次更换道具，当需要对滑动摩擦与滚动摩擦进行区别比较时则需要将木块更换为小车，需要准备的道具数量较大，准备时间较长，且操作繁琐耗时长，不利于实验的快速有效完成，且现有的摩擦力实验装置难以保证单一变量，同时演示形式枯燥单调，难以激发学生的学习兴趣。

发明内容

本发明提供一种物理摩擦力实验演示装置，用以解决现有技术中的缺陷。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种物理摩擦力实验演示装置，包括实验台，实验台的一侧设有弹簧测力计固定装置，实验台上设有移动座，移动座内开设内腔，内腔的顶部均匀开设有若干第一通孔，内腔内设有数个升降装置，升降装置的顶部对应同一排的数个第一通孔分别安装有摩擦系数调节装置，摩擦系数调节装置能够在第一通孔内上下移动，移动座的顶面设有矩形块，摩擦系数调节装置能够调节矩形块的接触面粗糙程度，矩形块朝向弹簧测力计固定装置的一侧设有连接装置，弹簧测力计固定装置的一侧能够连有弹簧测力计，弹簧测力计的挂钩端能够与连接装置相连；还包括压力调节装置，压力调节装置能够对矩形块所受到的压力进行调节。

如上所述的一种物理摩擦力实验演示装置，所述的摩擦系数调节装置包括上端开口的第一筒体，第一筒体的顶面安装有摩擦环，第一筒体的内底部前后对称安装弹性伸缩杆，同一第一筒体内的弹性伸缩杆的活动杆之间转动连接滚动件，滚动件向上伸出于第一筒体，第一筒体的侧壁对应弹性伸缩杆均开设有横向的导向通孔且导向通孔内配合设有活动杆，活动杆只能够在导向通孔内平移而不能转动，活动杆的一端伸出第一筒体后固定连接有锥形头，活动杆的另一端开设斜面，弹性伸缩杆的活动杆上端均安装有楔形头，楔形头能够与对应活动杆一端开设的斜面相配合，活动杆的外侧安装有挡块，挡块与第一筒体的侧壁之间通过第一弹簧固定连接，所述的第一通孔的下端均开设有第一锥形孔与其连通，第一筒体能够在第一通孔、第一锥形孔内上下移动。

如上所述的一种物理摩擦力实验演示装置，所述的压力调节装置包括气泵，移动座的一侧安装有气泵，移动座的侧壁开设有第二通孔与气泵的抽气口连通，第一筒体的外侧壁与第一通孔的内侧壁能够密封接触配合。

如上所述的一种物理摩擦力实验演示装置，所述的第一筒体内对应滚动件配合设有水膜形成装置，水膜形成装置能够在滚动件外侧形成水膜。

如上所述的一种物理摩擦力实验演示装置，所述的第一通孔的上端均开设有倒锥形孔与其连通，第一筒体内对应挡块安装有位移传感器，第一筒体内均安装水泵，水泵与位移传感器相连，同一第一筒体内的两根弹性伸缩杆的活动杆之间固定连接有第一管，第一管的外侧均匀开设有若干第一出液孔，水泵的一端与第一筒体内部连通，水泵的另一端通过管道与第一管连通，第一管的中部密封转动连接有滚动件，所述的滚动件为外侧壁均匀开设有若干第二出液孔的套筒。

如上所述的一种物理摩擦力实验演示装置，所述的升降装置包括电动伸缩杆，电动伸缩杆的活动杆外端固定连接安装板，安装板的顶部分别通过连杆与摩擦系数调节装置相连。

如上所述的一种物理摩擦力实验演示装置，所述的弹簧测力计固定装置包括竖板，实验台的顶部一侧安装有竖板，竖板的内侧固定安装支撑板，支撑板的上侧设有拉钩。

如上所述的一种物理摩擦力实验演示装置，所述的连接装置包括第一滑轨，矩形块朝向弹簧测力计的固定装置的一侧安装有竖向的第一滑轨，第一滑轨上配合安装第一滑块，第一滑块上安装圆环。

如上所述的一种物理摩擦力实验演示装置，所述的实验台顶部开设有横向的第一滑槽，第一滑槽内安装有第二滑块，第二滑块与移动座相连。

如上所述的一种物理摩擦力实验演示装置，所述的实验台的顶部安装有横向的电动滑轨且电动滑轨上配合安装电动滑块，电动滑块与移动座相连。

本发明的优点是：本发明在使用时，通过弹簧测力计固定装置固定弹簧测力计的吊环端，将矩形块放置于移动座之上，然后使弹簧测力计的挂钩端与矩形块上的连接装置相连，此时控制移动座向远离弹簧测力计的方向移动，弹簧测力计会显示矩形块与移动座之间的滑动摩擦力；该次测试完成后将移动座、矩形块等复位进行下一次测试，此时控制升降装置带动摩擦系数调节装置向上运动，摩擦系数调节装置与矩形块接触，通过摩擦系数调节装置的调节从而改变（增大或减小）矩形块接触面的粗糙程度，然后再次控制移动座移动，测出此时的摩擦力大小；经过如上所述的多次的摩擦系数调节，从而使得学生可以了解到摩擦系数与摩擦力之间的关系；同时用户可通过保持矩形块接触面的粗糙程度不变，然后通过压力调节装置改变矩形块受到的压力，经过多次的移动座移动后对弹簧测力计进行读数从而使得用户了解压力的大小改变与摩擦力之间的关系；本发明结构紧凑，在摩擦力的演示过程中不需要频繁的更换道具即可改变待测物体与移动座之间的接触面粗糙程度，从而让学生可更加清晰快速的观察了解接触面粗糙程度与摩擦力之间的关系，加快了实验演示过程，提高了学习效率，且通过移动座的内部结构设计，使得本发明的摩擦系数调节装置通过升降即可改变矩形块的接触面粗糙程度，避免了频繁更换道具，操作更加简单快捷；且通过压力调节装置改变矩形块受到的压力从而使得学生可了解压力的大小改变与摩擦力之间的关系，防止目前采用重物叠加方式容易导致重物倾倒影响实验过程的弊端。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；图2是图1的Ⅰ的放大图；图3是滚动件与弹性伸缩杆之间的连接结构示意图；图4是图1的Ⅱ的放大图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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作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。

一种物理摩擦力实验演示装置，如图所示，包括实验台1，实验台1的一侧设有弹簧测力计固定装置，实验台1上设有移动座2，移动座2内开设内腔3，内腔3的顶部均匀开设有若干第一通孔4，内腔3内设有数个升降装置，升降装置的顶部对应同一排的数个第一通孔4分别安装有摩擦系数调节装置，摩擦系数调节装置能够在第一通孔4内上下移动，移动座2的顶面设有矩形块5，摩擦系数调节装置能够调节矩形块5的接触面粗糙程度，矩形块5朝向弹簧测力计固定装置的一侧设有连接装置，弹簧测力计固定装置的一侧能够连有弹簧测力计6，弹簧测力计6的挂钩端能够与连接装置相连；还包括压力调节装置，压力调节装置能够对矩形块5所受到的压力进行调节。本发明在使用时，通过弹簧测力计固定装置固定弹簧测力计的吊环端，将矩形块5放置于移动座2之上，然后使弹簧测力计的挂钩端与矩形块5上的连接装置相连，此时控制移动座向远离弹簧测力计的方向移动，弹簧测力计会显示矩形块与移动座之间的滑动摩擦力；该次测试完成后将移动座、矩形块等复位进行下一次测试，此时控制升降装置带动摩擦系数调节装置向上运动，摩擦系数调节装置与矩形块接触，通过摩擦系数调节装置的调节从而改变（增大或减小）矩形块接触面的粗糙程度，然后再次控制移动座移动，测出此时的摩擦力大小；经过如上所述的多次的摩擦系数调节，从而使得学生可以了解到摩擦系数与摩擦力之间的关系；同时用户可通过保持矩形块接触面的粗糙程度不变，然后通过压力调节装置改变矩形块5受到的压力，经过多次的移动座移动后对弹簧测力计进行读数从而使得用户了解压力的大小改变与摩擦力之间的关系；本发明结构紧凑，在摩擦力的演示过程中不需要频繁的更换道具即可改变待测物体与移动座之间的接触面粗糙程度，从而让学生可更加清晰快速的观察了解接触面粗糙程度与摩擦力之间的关系，加快了实验演示过程，提高了学习效率，且通过移动座的内部结构设计，使得本发明的摩擦系数调节装置通过升降即可改变矩形块的接触面粗糙程度，避免了频繁更换道具，操作更加简单快捷；且通过压力调节装置改变矩形块5受到的压力从而使得学生可了解压力的大小改变与摩擦力之间的关系，防止目前采用重物叠加方式容易导致重物倾倒影响实验过程的弊端。

具体而言，如图所示，本实施例所述的摩擦系数调节装置包括上端开口的第一筒体8，第一筒体8的顶面安装有摩擦环16，第一筒体8的内底部前后对称安装弹性伸缩杆9，同一第一筒体8内的弹性伸缩杆9的活动杆之间转动连接滚动件10，滚动件10向上伸出于第一筒体8，第一筒体8的侧壁对应弹性伸缩杆9均开设有横向的导向通孔且导向通孔内配合设有活动杆11，活动杆11只能够在导向通孔内平移而不能转动，活动杆11的一端伸出第一筒体8后固定连接有锥形头12，活动杆11的另一端开设斜面，弹性伸缩杆9的活动杆上端均安装有楔形头13，楔形头13能够与对应活动杆11一端开设的斜面相配合，活动杆11的外侧安装有挡块14，挡块14与第一筒体8的侧壁之间通过第一弹簧15固定连接，所述的第一通孔4的下端均开设有第一锥形孔7与其连通，第一筒体8能够在第一通孔4、第一锥形孔7内上下移动。本装置分为三种状态，第一种状态：摩擦环与滚动件均位于第一通孔4之内低于移动座2的顶面，此时矩形块5受到的摩擦力大小仅由移动座顶面粗糙程度决定；第二种状态：升降装置带动第一筒体8向上移动，锥形头12与锥形孔配合，第一弹簧被拉伸，锥形头与活动杆朝向楔形头运动并通过活动杆的一端斜面将楔形头向下压，弹性伸缩杆的活动杆被下压，滚动件10向下至运动完全位于第一筒体8之内（锥形头被第一通孔内壁挡住时滚动件始终位于第一筒体8之内），第一筒体8继续向上运动至摩擦环顶面与移动座顶面平齐或者超出于移动座顶面，同一矩形块在移动时其下侧至少有两个第一筒体8，摩擦环顶面的粗糙程度大于移动座顶面的粗糙程度，由于矩形块接触面粗糙程度的增大使得学生通过弹簧测力计可了解到此时矩形块移动时受到更大的摩擦力从而了解摩擦力与接触面粗糙程度的关系，同时用户可通过控制升降装置的升降与否从而控制与矩形块接触的摩擦环的数量，从而进一步调节控制接触面的粗糙程度；第三种状态：升降装置带动第一筒体继续向上运动，直至锥形头不再被挡住，此时第一弹簧复位，锥形头向外伸出，活动杆11的一端斜面不再压住楔形头与弹性伸缩杆，弹性伸缩杆的活动杆带动辊子向上运动超出移动座的顶面，此时矩形块被至少两个滚动件同时顶起，此时控制矩形块与移动座相对移动时为滚动，可为学生演示展示滚动摩擦的形式；本装置不需要频繁更换道具，只需要通过控制升降装置带动第一筒体进行高度位置的变化即可实现不同的接触面粗糙程度对摩擦力的影响，以及不同摩擦方式之间摩擦力大小的比较，操作简单，实验过程高效快捷。

具体的，如图所示，本实施例所述的压力调节装置包括气泵17，移动座2的一侧安装有气泵17，移动座2的侧壁开设有第二通孔与气泵17的抽气口连通，第一筒体8的外侧壁与第一通孔4的内侧壁能够密封接触配合。当需要调节矩形块所受到的压力大小时，使第一筒体位于锥形孔内，打开气泵，气泵抽气使得内腔3内产生负压，且当第一筒体位于第一锥形孔的上部时，由于内腔3与外界的连通面积小，此时吸力较小；当第一筒体位于第一锥形孔的下部时，由于内腔3与外界的连通面积大，此时吸力较大，通过吸力的大小控制从而使得学生可了解到摩擦力大小与压力之间的关系，且通过负压调节矩形块受到的压力大小，不会发生现有技术中由于重物叠加摩擦力影响导致实验结果的不确定性，也不会发生矩形块移动时由于重物叠加导致倾倒的问题发生，且压力的大小通过摩擦系数调节装置的升降来控制使得本装置结构更加紧凑，便于操作使用。

进一步的，如图所示，本实施例所述的第一筒体8内对应滚动件10配合设有水膜形成装置，水膜形成装置能够在滚动件10外侧形成水膜。水膜形成装置在滚动件10外侧形成水膜后可以向学生展示液体摩擦的形式，了解干摩擦与液体摩擦之间的区别。

更进一步的，如图所示，本实施例所述的第一通孔4的上端均开设有倒锥形孔18与其连通，第一筒体8内对应挡块14安装有位移传感器19，第一筒体8内均安装水泵20，水泵20与位移传感器19相连，同一第一筒体8内的两根弹性伸缩杆9的活动杆之间固定连接有第一管21，第一管21的外侧均匀开设有若干第一出液孔22，水泵20的一端与第一筒体8内部连通，水泵20的另一端通过管道与第一管21连通，第一管21的中部密封转动连接有滚动件10，所述的滚动件10为外侧壁均匀开设有若干第二出液孔23的套筒。本装置在上述的使用状态下增设了另一种使用状态：当锥形头位于锥形孔内时，第一弹簧已经为被拉伸状态（即此时的锥形头被锥形孔挡住从而未完全向外伸出），此时为移动座与矩形块之间的滑动摩擦；当锥形头位于第一通孔内时第一弹簧被拉伸的更长，此时矩形块与摩擦环之间接触，通过接触面粗糙程度的改变来了解摩擦力与接触面粗糙程度的关系；当锥形头位于倒锥形孔内时，第一弹簧长度恢复至与在锥形孔内时一致（即第一弹簧还未完全为自由状态），此时滚动件向上伸出于移动座顶面之上，矩形块与滚动件接触为滚动摩擦的状态的展示；当锥形头完全位于移动座之上时，第一弹簧带动挡块与位移传感器接触，位移传感器发送信号给控制，控制器控制水泵工作，水泵将第一筒体内的液体先运送至第一管内然后进入滚动件中，随着矩形块与滚动件的相对滚动，液体从第二出液孔中流至滚动件外侧，滚动件继续滚动从而使得滚动件内的液体涂满滚动件的外侧壁，在滚动件与矩形块之间形成一层水膜，此时展示的为液体摩擦，此时的摩擦力相对于滚动摩擦时更小，这种实验演示即可以解释为何在雨天行车时不容易将车刹住的问题，能够将实际与实验结合，使得对学生解释时更加通俗易懂；本装置增设了一种使用状态用以向学生展示液体摩擦的形式，且同样由升降装置的升降控制，未增加操作难度，而且使得原本单调枯燥的摩擦力实验装置变得新颖有趣，更加能够带动学生的实验兴致，提高学生的学习主动性；且本装置中使用到的液体能够回流至第一筒体中，只需消耗少量的液体即可，同时倒锥形孔更加容易将液体重新收集回第一筒体内，进一步减少水资源的浪费。

更进一步的，如图所示，本实施例所述的升降装置包括电动伸缩杆24，电动伸缩杆24的活动杆外端固定连接安装板25，安装板25的顶部分别通过连杆与摩擦系数调节装置相连。通过电动伸缩杆24的设置，使得摩擦系数调节装置升降的位移量精准无误，且控制简单方便，便于实验展示使用。

更进一步的，如图所示，本实施例所述的弹簧测力计固定装置包括竖板26，实验台1的顶部一侧安装有竖板26，竖板26的内侧固定安装支撑板27，支撑板27的上侧设有拉钩28。通过支撑板27对弹簧测力计的本体进行支撑，通过拉钩28对弹簧测力计的圆环一端进行固定，保证弹簧测力计的良好稳定性。

更进一步的，如图所示，本实施例所述的连接装置包括第一滑轨29，矩形块5朝向弹簧测力计的固定装置的一侧安装有竖向的第一滑轨29，第一滑轨29上配合安装第一滑块30，第一滑块30上安装圆环31。第一滑块与第一滑块的配合使得矩形块在上下移动时能够保持水平状态，通过圆环31可使矩形块与弹簧测力计的挂钩端相连。

更进一步的，如图所示，本实施例所述的实验台1顶部开设有横向的第一滑槽32，第一滑槽32内安装有第二滑块33，第二滑块33与移动座2相连。通过第一滑槽与第二滑块的配合对移动座2的移动起到导向作用。

更进一步的，如图所示，本实施例所述的实验台1的顶部安装有横向的电动滑轨且电动滑轨上配合安装电动滑块，电动滑块与移动座2相连。通过电动控制移动座2进行左右方向的移动使得移动过程更加稳定可靠，使得实验结果不会受到人为因素的影响。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种物理摩擦力实验演示装置，其特征在于：包括实验台（1），实验台（1）的一侧设有弹簧测力计固定装置，实验台（1）上设有移动座（2），移动座（2）内开设内腔（3），内腔（3）的顶部均匀开设有若干第一通孔（4），内腔（3）内设有数个升降装置，升降装置的顶部对应同一排的数个第一通孔（4）分别安装有摩擦系数调节装置，摩擦系数调节装置能够在第一通孔（4）内上下移动，移动座（2）的顶面设有矩形块（5），摩擦系数调节装置能够调节矩形块（5）的接触面粗糙程度，矩形块（5）朝向弹簧测力计固定装置的一侧设有连接装置，弹簧测力计固定装置的一侧能够连有弹簧测力计（6），弹簧测力计（6）的挂钩端能够与连接装置相连；还包括压力调节装置，压力调节装置能够对矩形块（5）所受到的压力进行调节；

所述的摩擦系数调节装置包括上端开口的第一筒体（8），第一筒体（8）的顶面安装有摩擦环（16），第一筒体（8）的内底部前后对称安装弹性伸缩杆（9），同一第一筒体（8）内的弹性伸缩杆（9）的活动杆之间转动连接滚动件（10），滚动件（10）向上伸出于第一筒体（8），第一筒体（8）的侧壁对应弹性伸缩杆（9）均开设有横向的导向通孔且导向通孔内配合设有活动杆（11），活动杆（11）只能够在导向通孔内平移而不能转动，活动杆（11）的一端伸出第一筒体（8）后固定连接有锥形头（12），活动杆（11）的另一端开设斜面，弹性伸缩杆（9）的活动杆上端均安装有楔形头（13），楔形头（13）能够与对应活动杆（11）一端开设的斜面相配合，活动杆（11）的外侧安装有挡块（14），挡块（14）与第一筒体（8）的侧壁之间通过第一弹簧（15）固定连接，所述的第一通孔（4）的下端均开设有第一锥形孔（7）与其连通，第一筒体（8）能够在第一通孔（4）、第一锥形孔（7）内上下移动；

所述的压力调节装置包括气泵（17），移动座（2）的一侧安装有气泵（17），移动座（2）的侧壁开设有第二通孔与气泵（17）的抽气口连通，第一筒体（8）的外侧壁与第一通孔（4）的内侧壁能够密封接触配合。

2.根据权利要求1所述的一种物理摩擦力实验演示装置，其特征在于：所述的第一筒体（8）内对应滚动件（10）配合设有水膜形成装置，水膜形成装置能够在滚动件（10）外侧形成水膜。

3.根据权利要求2所述的一种物理摩擦力实验演示装置，其特征在于：所述的第一通孔（4）的上端均开设有倒锥形孔（18）与其连通，第一筒体（8）内对应挡块（14）安装有位移传感器（19），第一筒体（8）内均安装水泵（20），水泵（20）与位移传感器（19）相连，同一第一筒体（8）内的两根弹性伸缩杆（9）的活动杆之间固定连接有第一管（21），第一管（21）的外侧均匀开设有若干第一出液孔（22），水泵（20）的一端与第一筒体（8）内部连通，水泵（20）的另一端通过管道与第一管（21）连通，第一管（21）的中部密封转动连接有滚动件（10），所述的滚动件（10）为外侧壁均匀开设有若干第二出液孔（23）的套筒。

4.根据权利要求1所述的一种物理摩擦力实验演示装置，其特征在于：所述的升降装置包括电动伸缩杆（24），电动伸缩杆（24）的活动杆外端固定连接安装板（25），安装板（25）的顶部分别通过连杆与摩擦系数调节装置相连。

5.根据权利要求1所述的一种物理摩擦力实验演示装置，其特征在于：所述的弹簧测力计固定装置包括竖板（26），实验台（1）的顶部一侧安装有竖板（26），竖板（26）的内侧固定安装支撑板（27），支撑板（27）的上侧设有拉钩（28）。

6.根据权利要求1所述的一种物理摩擦力实验演示装置，其特征在于：所述的连接装置包括第一滑轨（29），矩形块（5）朝向弹簧测力计的固定装置的一侧安装有竖向的第一滑轨（29），第一滑轨（29）上配合安装第一滑块（30），第一滑块（30）上安装圆环（31）。

7.根据权利要求1所述的一种物理摩擦力实验演示装置，其特征在于：所述的实验台（1）顶部开设有横向的第一滑槽（32），第一滑槽（32）内安装有第二滑块（33），第二滑块（33）与移动座（2）相连。

8.根据权利要求1所述的一种物理摩擦力实验演示装置，其特征在于：所述的实验台（1）的顶部安装有横向的电动滑轨且电动滑轨上配合安装电动滑块，电动滑块与移动座（2）相连。

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