CN204010435U - 滑动摩擦力教学演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的一种滑动摩擦力教学演示仪，它主要由底座板、安装于底座板的直流微型减速电机、放大演示立板、弹簧测力计、定滑轮、摩擦力放大指示针、放大显示刻度盘和摩擦滑板、摩擦滑块构成，其结构特点是：用摩擦力传导拉绳绕套于定滑轮和针轮轮毂构成以指示针长度为阻力臂长、轮毂半径为动力臂长的“杠杆放大机”，采用直流微型减速电机作动力带动摩擦滑板匀速滑动。它能将弹簧测力计上的滑动摩擦力示值计数按比例放大稳定清晰地指示于放大显示刻度盘上，特别方便于学生对实验结果进行观察分析，极大提高了物理教学实验的演示直观性和趣味性，它对培养学生对物理学科的学习兴趣、提高教学质量都有明显效果，有很好的使用前景。

Description

滑动摩擦力教学演示仪

技术领域

本实用新型涉及一种滑动摩擦力教学演示仪，属于教具仪器的技术领域，特别适合中学物理教学进行实验演示用，它是采用杠杆放大结构能直观清晰地演示滑动摩擦力的物理现象和基本规律。

背景技术

我们知道，在中学物理教程中将滑动摩擦力的定义表述为：在两个相对滑动的物体接触面产生的阻碍其相对滑动的作用力，它产生的充要条件是两物体接触面具有挤压力且发生了相对滑动。滑动摩擦力的大小只与两物体接触面粗糙程度和挤压力有关，而与接触面的面积大小和滑动速度的快慢无关，即有f=μN的关系式，式中：f为滑动摩擦力，μ为两物体接触面粗糙度材料性质所决定的滑动摩擦因数，N为两物体接触面的正压力。客观地说，由于“滑动摩擦力”的定义较为抽象枯燥且“滑动摩擦力”的力学现象又难于显示观察，在物理教学中被认为是一个较难讲授的章节，特别是对于初中阶段刚刚接触物理学科的学生来说，更是一个难以理解接受的学习难点。为了增强教学效果，老师在课堂上都要借助一些教具来展示滑动摩擦力的力学现象，才能帮助学生逐渐理解滑动摩擦力的定义和规律，经过长期教学实践证明，这是一个行之有效的教学方式。据调查了解：在中学物理教学中普遍使用的是一种由细绳连接木块、测力计组成的简易教具，在进行教学实验时，首先将木块放置于滑板上面，用手缓慢拉动测力计牵引木块在滑板上匀速滑动时，即可将木块与滑板接触面所产生的滑动摩擦力转换成对测力计的拉力，让同学们通过观察测力计上所显示的数值来认识感知滑动摩擦力的现象。虽然这种教具在中学物理教学中已使用多年并在教学工作也发挥了一定作用，但是，我们在长期从事物理教具研发和教学实践中也发现，这种简易教具在实际教学实验中也存在如下使用缺陷：1. 由于测力计刻度较小并且它在实验中是一直处于运动状态，对观察测力计上的示值读数是极不方便的，特别是位于后排的大多数学生很难观察到测力计上的示值读数。2.在手拉测力计牵引木块滑动的操作中，也很难做到能使木块一直保持匀速运动状态，当木块滑动速度发生变化即出现不“匀速”时，就会引起测力计的指针示值发生“忽大忽小”不稳定的现象而严重影响教学实验的观察效果，这是现行摩擦力教具还需要进一步改进和完善的地方。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在克服现有技术的不足之处，提出一种利用杠杆机构按比例放大能清晰稳定地显示弹簧测力计示值读数的滑动摩擦力教学演示仪。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来实现的：

本实用新型提出的滑动摩擦力教学演示仪，它包括底座板、配置于底座板上的摩擦滑板、摩擦滑块和分别连接于摩擦滑板、摩擦滑块的牵引拉绳、摩擦力传导拉绳，其特征在于：在底座板上固定安装直流微型减速电机、放大演示立板，所述牵引拉绳的另一端连接于直流微型减速电机的转轴上，在放大演示立板上配装有定滑轮、摩擦力放大指示针、放大显示刻度盘和弹簧测力计，所述的摩擦力传导拉绳依次绕套于定滑轮、摩擦力放大指示针的针轮轮毂，摩擦力传导拉绳的另一端挂装于弹簧测力计。它显著的结构特点是：1.采用直流微型减速电机作动力带动摩擦滑板滑动并使摩擦滑板在实验演示过程中能一直保持稳定的匀速直线运动状态，可有效避免因相对滑动速度不“匀速”而引发示值读数“忽大忽小”不稳定现象。2.在放大演示立板上增加安装有放大显示刻度盘和摩擦力放大指示针，将摩擦力传导拉绳绕套于针轮轮毂上即可形成以轮毂半径为动力臂长、指示针长度为阻力臂长的“杠杆放大机构”，它能将弹簧测力计的示值读数按比例放大稳定清晰地标指显示于放大显示刻度盘上，可极大地增强物理实验演示的可观察性。它对进一步改善实验教学效果、培养学生对物理学科的学习兴趣进而提高教学质量水平都具有明显作用。

更进一步地说，本实用新型还具有如下技术特征：

在放大演示立板上配装有指示针限位柱。这种结构设计对摩擦力放大指示针出现大弧长的偏转转动时有很好的限制定位作用。

在底座板上配装有调压变速档位开关和电池盒。它是采用调压变速档位开关改变电压来调节直流微型减速电机的转速，可选择在不同速度的匀速运动状态下进行多组演示实验，特别方便于实验验证“滑动摩擦力与滑动速度快慢无关”的演示操作。

在摩擦滑板底面配装有一组滑轮。可有效增强摩擦滑板匀速滑动的平稳性能，对进一步改善实验演示效果也有一定作用。

本实用新型同现有技术相比具有如下实质性特点和进步：

本实用新型首创了一种用摩擦力传导拉绳绕套于针轮轮毂构成以指示针长度为阻力臂长、轮毂半径为动力臂长的“杠杆放大机构”，它能将弹簧测力计上的滑动摩擦力示值读数按比例放大并稳定清晰地标指显示于放大显示刻度盘上，能提高实验演示的可观察性能；同时，采用调压变速的直流微型减速电机作动力来带动摩擦滑板作匀速直线运动，能确保摩擦滑板在实验演示过程中保持稳定的匀速运动状态，可彻底杜绝因滑动速度不“匀速”引起滑动摩擦力示值读数发生“忽大忽小不稳定”的现象，对进一步提高中学物理教学质量水平具有明显效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图，也作摘要附图。

图2是本实用新型的调压变速的电原理图。

附图中的标记说明：

1为直流微型减速电机，2为牵引拉绳，3为摩擦滑板，4为摩擦滑块，5为砝码，6为摩擦力传导拉绳，7为放大演示立板，8为弹簧测力计，9为放大显示刻度盘，10为指示针限位柱，11为摩擦力放大指示针，12为针轮轮毂，13为定滑轮，14为一组滑轮，15为调压变速档位开关，16为底座板，17为电池盒，18为一组电池。

具体实施方式

根据附图进一步描述本实用新型的实施例如下：

本实用新型提出的滑动摩擦力教学演示仪，它主要由底座板16、配置于底座板16上的摩擦滑板3、摩擦滑块4、直流微型减速电机1、放大演示立板7和配装于放大演示立板7上的定滑轮13、摩擦力放大指示针11、放大显示刻度盘9和弹簧测力计8构成，在底座板16上配装有电池盒17和调控直流微型减速电机1转速的调压变速档位开关15，在电池盒17内安装四个1.5V的电池18，所述的调压变速档位开关15具有分别向直流微型减速电机1输入6.0V、4.5V、3.0V和1.5V直流电压的四个调压变速档位，在摩擦滑板3底面配装有一组滑轮14并由一组滑轮14支承于底座板16上，将摩擦滑块4平放于摩擦滑板3上即可与摩擦滑板3形成滑动摩擦接触面，在摩擦滑板3、摩擦滑块4的端面分别连接牵引拉绳2、摩擦力传导拉绳6，将牵引拉绳2的另一端连接于直流微型减速电机1转轴，摩擦力传导拉绳6依次绕套定滑轮13、摩擦力放大指示针11的针轮轮毂12后再将绳端挂装于弹簧测力计8的拉钩上，即可形成以轮毂半径12为动力臂长、摩擦力放大指示针11长度为阻力臂长的“杠杆机构”。在进行演示实验前，将摩擦滑块4平放于摩擦滑板3上适当位置并使摩擦力传导拉绳6适当张紧至弹簧测力计8为零的初始状态即可，经检查无误后，将调压变速档位开关15的旋钮转至“ON”档位使直流微型减速电机1通电工作，直流微型减速电机1通过牵引拉绳2带动摩擦滑板3缓缓地向左作匀速运动，这时，在摩擦滑块4与摩擦滑板3接触面所产生的滑动摩擦力会通过摩擦力传导拉绳6拉动弹簧测力计8的挂钩下移并显示滑动摩擦力的示值读数，同时，摩擦力传导拉绳6还会带动针轮轮毂12沿逆时针方向转动并通过“杠杆机构”使摩擦力放大指示针11作大弧长偏转的转动，即可由摩擦力放大指示针11在放大显示刻度盘9上标指按比例放大的刻度示值供学生进行观察。在放大演示立板7上配装的两个指示针限位柱10对演示实验中作为阻力臂长的摩擦力放大指示针11具有很好的转动限位功能。

在实际教学演示中，可在摩擦滑块4上放置一定质量数值的砝码5进行实验，即可通过增大摩擦滑块4与摩擦滑板3接触面的压力来增大滑动摩擦力，再经“杠杆机构”放大后，使其能进一步增大摩擦力放大指示针11在放大显示刻度盘9上的转动弧长，特别有利于学生进行实验观察，它对提高教学实验的演示效果具有一定作用。

需要说明的是：可在摩擦滑板3上分别放置一组不同质量数值的砝码5进行多组实验，还可将摩擦滑块4上面板做成具有较大粗糙度的表面分别进行“正放”、“倒放”实验，即可定性验证“滑动摩擦力大小与两物体接触面粗糙程度和压力有关”的结论。

为更好地展示本实用新型的实验效果，给出如下一组实验演示例：

实验演示例一：

实验演示的目的：定性验证“滑动摩擦力的大小与两物体接触面挤压力有关”的结论。

首先将摩擦滑块4“正放”于摩擦滑板3上并使摩擦力传导拉绳6适当张紧至弹簧测力计8为零的初始状态，在摩擦滑块4上分别添加质量为50g、100g、150g的砝码5分别进行三组实验，在这三组实验中都将调压变速档位开关15的旋钮转至“ON”档位，使直流微型减速电机1在三组实验中都是以相同速度带动摩擦滑板3向左作匀速运动。由学生观察并记录三组实验中摩擦力放大指示针11在放大显示刻度盘9上分别标指的刻度示值。通过比较会发现：砝码5的质量越大，摩擦力放大指示针11在放大显示刻度盘9上标指的刻度示值也越大。至此即可得出：“滑动摩擦力的大小与两物体接触面的压力有关并随压力的增大而增大”的结论。

实验演示例二：

实验演示的目的：定性验证“滑动摩擦力的大小与两物体接触面粗糙程度有关”的结论。

将摩擦滑块4“倒放”于摩擦滑板3上，即是说，使具有较大粗糙度的上板面与摩擦滑板3形成摩擦接触面，再按“实验演示例一”所述的方式分别进行三组实验，由学生观察并记录放大显示刻度盘9上分别标指的滑动摩擦力刻度示值并与“实验演示例一” 的刻度示值相对应地进行比较。我们通过比较发现：在同样的实验条件下，两物体接触面的粗糙程度越大，滑动摩擦力的刻度示值就越大。至此即可得出：“滑动摩擦力的大小与两物体接触面的粗糙程度有关并随粗糙度的增大而增大”的结论。

实验演示例三：

实验演示的目的：定性验证“滑动摩擦力的大小与两物体接触面的面积大小无关”的结论。

将摩擦滑块4按“侧放”方式放置于摩擦滑板3上，由于摩擦滑块4的侧板面比底板面的面积小，即是说，摩擦滑块4的侧面与摩擦滑板3形成的接触摩擦接触面积较小，再按“实验演示例一”所述的方式分别进行三组实验，由学生观察并记录放大显示刻度盘9上分别标指的滑动摩擦力刻度示值并与“实验演示例一” 的刻度示值相对应地进行比较。通过比较发现：在同样的实验条件下，按接触面积较小的“侧放”与按接触面积较大的“正放”方式进行的对应组别实验中的滑动摩擦力的刻度示值是相等的。即可得出：“滑动摩擦力的大小与两物体接触面的面积大小无关”的结论。

实验演示例四：

实验演示的目的：定性验证“滑动摩擦力的大小与两物体接触面的相对滑动速度快慢无关”的结论。

将摩擦滑块4“正放”于摩擦滑板3上并按“实验演示例一”所述的方式分别进行三组实验，在每组实验中将调压变速档位开关15的旋钮分别转至“Ⅰ”、“Ⅱ”、“Ⅲ”的档位，即可分别向直流微型减速电机1输入4.5V、3.0V和1.5V直流电压，使直流微型减速电机1以不同的速度带动摩擦滑板3向左作匀速滑动运动。由学生观察并记录每组实验中摩擦滑板3以三种不同速度作匀速滑动运动时的滑动摩擦力刻度示值，比较发现：在同样的实验条件下，摩擦滑板3以不同速度作匀速滑动产生的滑动摩擦力的刻度示值是相同的。至此即可得出：“滑动摩擦力的大小与两物体接触面的相对滑动速度快慢无关”的结论。

本实用新型经中学物理教学试用表明：它能完美地演示“滑动摩擦力大小只与两物体接触面粗糙程度和挤压力有关，而与接触面积大小和滑动速度快慢无关”的力学现象和基本规律，在初中物理教学中具有很好的推广应用前景。

Claims (4)

1.一种滑动摩擦力教学演示仪，它包括底座板（16）、配置于底座板（16）上的摩擦滑板（3）、摩擦滑块（4）和分别连接于摩擦滑板（3）、摩擦滑块（4）的牵引拉绳（2）、摩擦力传导拉绳（6），其特征在于：在底座板（16）上固定安装直流微型减速电机（1）、放大演示立板（7），所述牵引拉绳（2）的另一端连接于直流微型减速电机（1）的转轴上，在放大演示立板（7）上配装有定滑轮（13）、摩擦力放大指示针（11）、放大显示刻度盘（9）和弹簧测力计（8），所述的摩擦力传导拉绳（6）依次绕套于定滑轮（13）、摩擦力放大指示针（11）的针轮轮毂（12），摩擦力传导拉绳（6）的另一端挂装于弹簧测力计（8）。

2.根据权利要求1所述的滑动摩擦力教学演示仪，其特征在于：在放大演示立板（7）上配装有指示针限位柱（10）。

3.根据权利要求1或2所述的滑动摩擦力教学演示仪，其特征在于：在底座板（16）上配装有调压变速档位开关（15）和电池盒（17）。

4.根据权利要求1或2所述的滑动摩擦力教学演示仪，其特征在于：在摩擦滑板（3）底面配装有一组滑轮（14）。