CN204166756U - 一种直尺测量动摩擦因数的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直尺测量动摩擦因数的装置，所述装置包括有设于工作台上的斜板，所述斜板底端设有挡板，斜板顶端设有定滑轮，所述定滑轮上挂有细绳，所述细绳一端连接有置于斜面的物块一，所述细绳另一端挂设有物块二。本实用新型应用了摩擦力定律和物体运动的等时性，通过一把直尺对物体运动距离测量，结合牛顿定律和自由落体规律，便可求出动摩擦因数；简化了操作过程，而且可以通过改变斜面与物块间的材料性质，可测出不同物体间的动摩擦因数；本实用新型装置结构简单，原理准确，操作方便，简便实用。

Description

一种直尺测量动摩擦因数的装置

技术领域

本实用新型主要涉及一种直尺测量动摩擦因数的装置。 

背景技术

动摩擦因数与温度、速度等物理量不同，无法直接测量；而且农村中学的实验课受器材等方面的限制，很多演示实验无法在课堂上呈现给同学们，更不用说到实验室去动手操作实验，体会实验过程。 

实用新型内容

本实用新型目的就是为了能够较为方便地测出物体表面间的动摩擦因数，自行设计和自行装配出一种测量动摩擦因数的装置。 

本实用新型是通过以下技术方案实现的： 

一种直尺测量动摩擦因数的装置，其特征在于：所述装置包括有设于工作台上的斜面支架，以及连接工作台一侧的竖直支架，所述的斜面支架上可设不同材质斜板，所述的斜面支架顶端与竖直支架固定连接，所述斜面支架底端设有连接斜面支架的挡板，顶端设有定滑轮，所述的定滑轮正下方设置有固定在竖直支架上的工作夹装置，所述的斜面上设有连接细线一的物块一，所述的细线一通过定滑轮上夹装到工作夹装置的夹头上，所述的工作夹装置的夹头上还夹装有连接物块二的细线二，所述的细线二下端固定连接竖直悬挂的物块二，所述的物块二正下方的地面上设置有底板，所述的竖直支架底端连接底板；所述的细线一和细线二在工作夹上被夹装位置通过手工调节实现，所述的物块一在斜板上的运动距离x通过用直尺测量物块一在斜板上的始末位置间距离得到，物块一始位置到工作台的竖直距离h通过直尺测量得到，所述的物块二在竖直方向的运动距离H通过用直尺测量物块二始末位置在竖直支架上的对应位置间之间的距离得到。 

所述斜板材质可以为玻璃材质、塑料材质，或者在斜板表层铺设有毛巾。 

进一步的，所述的斜面支架和竖直支架上可设有刻度； 

进一步的，所述的斜面支架和竖直支架以及挡板和底板为轻质铝合金材质； 

本装置在使用过程中，采用电磁继电器夹装装置的夹头夹住连接物块一和物块二的连接细线一和细线二，通过夹头的电驱动松懈，同时释放物块一和物块二，手动调节连接物块一的细线一和连接物块二的细线二在电磁继电器夹装装置夹 头上的位置，实现物块一和物块二分别撞击挡板和底板的同时性，结合物块二在竖直方向做的自由落体运动和物块一在斜面上做的匀加速运动分析，计算出斜面上不同材质的斜板的动摩擦因数。 

物块二在竖直方向做的自由落体运动和物块一在斜面上做的匀加速运动分析如下： 

设物块一和物块二的记运动时间为t，物块一的质量为m1，物块二的质量m2，对应材质的斜面的摩擦因数为μ，物块一在斜面运动的加速度为a，自由落体加速度为g； 

针对做自由落体的物块二列运动方程有 

$H=\frac{1}{2}{\mathrm{gt}}^2---\left(1\right)$

对物块一列运动方程有 

$x=\frac{1}{2}{\mathrm{\αt}}^2---\left(2\right)$

结合式(1)和式(2)，可得 

$t=\sqrt{\frac{2H}{g}}---\left(3\right)$

$a=\frac{x}{H}g---\left(4\right)$

对在斜面上做匀加速直线运动的物块一进行受力分析，并结合牛顿第二定律可得 

F＝mg(sinθ-μcosθ)＝ma    (5) 

由几何关系可知: 

$\sin \mathrm{\θ}=\frac{h}{x}---\left(6\right)$

$\cos \mathrm{\θ}=\frac{\sqrt{x^2-h^2}}{x}---\left(7\right)$

结合(4)(5)、(6)、(7)式可得， 

$\mathrm{\μ}=\frac{\mathrm{hH}-x^2}{h\sqrt{x^2-h^2}}---\left(8\right)$

本实用新型的优点是： 

本实用新型设计的滑动摩擦因数测量装置，基于斜面的匀加速运动和竖直方 向的自由落体运动，设计学生可动手操作的实验平台，并通过多次实验探索，实现两个运动的等实行，对中学学生具有直观的特点，促进课堂的参与氛围，应用了摩擦力定律和物体运动的等时性，通过直尺对物体运动距离测量，结合牛顿定律和自由落体规律，便可求出动摩擦因数；简同时，可以通过改变斜面与物块间的材料性质，可测出不同物体间的动摩擦因数；本实用新型装置结构简单，原理准确，操作方便，简便实用。 

附图说明

图1为本实用新型装置结构示意图。 

具体实施方式

一种直尺测量动摩擦因数的装置，所述装置包括有设于工作台1上的斜面支架，以及连接工作台一侧的竖直支架9，所述的斜面支架上可设不同材质斜板，所述的斜面支架顶端与竖直支架9固定连接，所述斜面支架底端设有连接斜面支架的挡板2，顶端设有定滑轮5，所述的定滑轮5正下方设置有固定在竖直支架9上的电磁继电器控制的工作夹装置，所述的斜面上设有连接细线一4的物块一3，所述的细线一4通过定滑轮5上夹装到电磁继电器的工作夹装置的夹头6上，所述的电磁继电器工作夹装置的夹头6上还夹装有连接物块二的细线二7，所述的细线二7下端固定连接竖直悬挂的物块二8，所述的物块二8正下方的地面上设置有底板10，所述的竖直支架9底端连接底板10；所述的细线一4和细线二7在电磁继电器工作夹上被夹装位置通过手工调节实现，所述的物块一3在斜板上的运动距离x通过用直尺测量物块一在斜板上的始末位置间距离得到，物块一始位置到工作台的竖直距离h通过直尺测量得到，所述的物块二在竖直方向的运动距离H通过用直尺测量物块二始末位置在竖直支架上的对应位置间之间的距离得到。 

所述斜板材质可以为玻璃材质、塑料材质，或者在斜板表层铺设有毛巾。 

进一步的，所述的斜面支架和竖直支架上可设有刻度； 

进一步的，所述的斜面支架和竖直支架以及挡板和底板为轻质铝合金材质； 

本装置在使用过程中，采用电磁继电器夹装装置的夹头夹住连接物块一和物块二的连接细线一和细线二，通过夹头的电驱动松懈，同时释放物块一和物块二，手动调节连接物块一的细线一和连接物块二的细线二在电磁继电器夹装装置夹 头上的位置，实现物块一和物块二分别撞击挡板和底板的同时性，结合物块二在竖直方向做的自由落体运动和物块一在斜面上做的匀加速运动分析，计算出斜面上不同材质的斜板的动摩擦因数。 

采用本装置，首先采用纤维材质的斜板，进行实验，得到的数据如下： 

其次采用塑料材质的斜板，进行实验，得到的数据如下： 

通过查阅相关资料可以，纤维垂直方向的动摩擦因数μ为0.20，纤维横向放置时的动摩擦因数μ为0.40，本实验采用纤维横向放置时进行实验，计算得到的动摩擦因数μ为0.3609，和理论值相近，查阅到的塑料动摩擦因数μ为0.50，本实验装置的实验得到0.4949，和理论值相近，说明本装置的可靠性。 

Claims (3)

1.一种直尺测量动摩擦因数的装置，其特征在于：所述装置包括有设于工作台上的斜面支架，以及连接工作台一侧的竖直支架，所述的斜面支架上可设不同材质斜板，所述的斜面支架顶端与竖直支架固定连接，所述斜面支架底端设有连接斜面支架的挡板，顶端设有定滑轮，所述的定滑轮正下方设置有固定在竖直支架上的工作夹装置，所述的斜面上设有连接细线一的物块一，所述的细线一通过定滑轮上夹装到工作夹装置的夹头上，所述的工作夹装置的夹头上还夹装有连接物块二的细线二，所述的细线二下端固定连接竖直悬挂的物块二，所述的物块二正下方的地面上设置有底板，所述的竖直支架底端连接底板。 

2.根据权利要求1所述的一种直尺测量动摩擦因数的装置，其特征在于：所述的细线一和细线二在工作夹上被夹装位置通过手工调节实现，所述的物块一在斜板上的运动距离x通过用直尺测量物块一在斜板上的始末位置间距离得到，物块一始位置到工作台的竖直距离h通过直尺测量得到，所述的物块二在竖直方向的运动距离H通过用直尺测量物块二始末位置在竖直支架上的对应位置间之间的距离得到。 

3.根据权利要求1所述的一种直尺测量动摩擦因数的装置，其特征在于：所述斜板可以为玻璃材质、塑料材质，或者在斜板表层铺设有毛巾。