CN210119901U - 一种多功能摩擦力实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能摩擦力实验装置，包括盒体，盒体的内部转动连接有皮带，皮带的上侧面滑动连接有摩擦块，盒体的上侧中部固定连接有支撑架，支撑架上滑动连接有杠杆，杠杆的两端连接有弹性件，弹性件的下端活动挂接在连接杆上，杠杆的下侧固定安装有第一力传感器，第一力传感器的触点与摩擦块活动连接，盒体的左端固定安装有第二力传感器，第二力传感器的触点通过拉绳与摩擦块连接，本实用新型的盒体可竖直摆放，即摩擦块通过拉绳吊挂在第二力传感器的触电上，由于摩擦块的重力与摩擦块对皮带的压力方向为正交关系，继而控制了重力等其他条件不变下实现加压，继而使摩擦实验过程更加的清晰明了。

Description

一种多功能摩擦力实验装置

技术领域

本实用新型涉及教学实验教具技术领域，具体为一种多功能摩擦力实验装置。

背景技术

摩擦力的测量一直是物理实验设计的难点，物理实验中测量摩擦力的传统方法多为手动牵引法，因人手很难提供恒定的速度，故提供的牵引力难以做到与摩擦力相等，且更难准确读出测量值，继而造成实验数据的误差；现在的摩擦力实验都是在水平方向上进行实验，通过在摩擦块上加砝码的方法改变压力，研究滑动摩擦力与压力的关系，加上砝码后压力变化的同时重力也发生变化(不符合控制变量法)，但实验最后得出的结论却是滑动摩擦力大小与压力有关而与重力无关，造成学生对摩擦实验中的控制变量法存在疑义，但是有没有合适的教具能够进行直观的展示，因此我们提出了一种多功能摩擦力实验装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多功能摩擦力实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种多功能摩擦力实验装置，包括盒体，所述盒体的内部转动连接有第一辊轴与第二辊轴，所述第一辊轴与第二辊轴上转动连接有皮带，所述皮带的上侧面滑动连接有摩擦块，所述第一辊轴的一端贯穿盒体的侧壁与电机的输出轴连接，所述电机设在盒体的内部，所述盒体的侧壁上固定安装有光电门，所述皮带上开有多个通孔；

所述盒体的上侧固定连接有支撑架，所述支撑架上滑动连接有杠杆，所述杠杆的两端连接有弹性件，所述弹性件的下端活动挂接在连接杆上，所述连接杆固定连接在支撑架的下端外侧壁上，所述杠杆的下侧固定安装有第一力传感器，所述第一力传感器的触点与摩擦块活动连接；

所述盒体的左端安装有第二力传感器，所述第二力传感器的触点通过拉绳与摩擦块连接。

优选的，所述盒体的内部且位于皮带的上方两端均转动连接有压轴。

优选的，所述盒体的右端两侧壁上开有第一滑槽，所述第一滑槽的内部滑动连接有滑块，所述滑块的内部活动卡接有螺杆，所述螺杆的右端贯穿第一滑槽的侧壁并延伸至其外部且啮合连接有蝶形螺母，所述第二辊轴的两端分别转动连接在两个滑块上。

优选的，所述皮带上的相邻两个通孔的间距相同。

优选的，所述第一辊轴的一端通过同步带与电机的输出轴连接，所述盒体的侧壁上开有两个第二滑槽，所述第二滑槽的内部滑动连接有多个螺丝，且螺丝啮合连接在电机的侧壁上。

优选的，所述摩擦块为多面体，且每个面上均包覆不同粗糙度的材料。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过电机带着皮带转动，并且根据通孔通过光电门测量挡光时间来测量运动速度，来展现研究摩擦力相对运动速度的关系；装置在研究滑动摩擦力与压力的关系时，盒体竖直摆放，即摩擦块通过拉绳吊挂在第二力传感器的触电上，摩擦块被第一力传感器压着贴在皮带面上，第一力传感器测量的是弹性件对摩擦块的压力，且改变弹性件的匝数便能改变摩擦块对皮带施加的压力大小，整个加压过程中，由于摩擦块的重力与摩擦块对皮带的压力方向为正交关系，继而控制了重力等其他条件不变下实现加压，使摩擦实验过程更加的清晰明了，并且采用的多面体的摩擦块可快捷更换展示不同摩擦面接触的实验情况，从而更加直观的展示实现过程，提高教学效果，解决目前缺乏直观展示的教具的问题。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的整体剖视图；

图3为本实用新型的盒体与皮带处的剖视图；

图4为本实用新型的同步带、第一辊轴与电机处的结构示意图；

图5为本实用新型的滑槽、滑块与螺杆处的结构示意图；

图6为本实用新型的第二辊轴、皮带、滑块与螺杆处的爆炸图；

图7为本实用新型的图3的A处放大图。

图中：1、盒体，2、第一辊轴，3、第二辊轴，4、皮带，5、压轴，6、第一滑槽，7、滑块，8、螺杆，9、蝶形螺母，10、摩擦块，11、支撑架，12、杠杆，13、第一力传感器，14、弹性件，15、连接杆，16、撑板，17、第二力传感器，18、同步带，19、电机，20、第二滑槽，21、螺丝，22、光电门，23、通孔，24、调速旋钮，25、电源开关，26、直流电源接口，27、平板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-7，本实用新型提供一种技术方案：一种多功能摩擦力实验装置，包括盒体1，盒体1的外侧壁上设有调速旋钮24、电源开关25与直流电源接口26，调速旋钮24是调节皮带4速度的，其余条件不变的情况下，通过转动调速旋钮24可改变皮带4的速度，即用于展示研究摩擦力大小与相对运动速度的关系(包括匀速情况下V1V2V3测量摩擦力大小)，还可以通过调速旋钮 24连续改变皮带4的速度，用以观察摩擦力的变化情况，电源开关25用来控制该装置启动的，直流电源接口26使该装置与外界电源电连接，所述盒体1 的内部转动连接有第一辊轴2与第二辊轴3，所述第一辊轴2与第二辊轴3上转动连接有皮带4，皮带4转动时，继而摩擦块10与皮带4产生相对的摩擦力，且盒体1的内部固定连接有一块平板27，且上层的皮带4下方贴合在平板27 上，防止皮带4受摩擦块10下压而下沉，影响实验的数据，所述皮带4的上侧面滑动连接有摩擦块10，摩擦块10为各个面积相等的多面体，且每个面上贴上不同材质的材料，若想更换底面材料时，只需转动摩擦块10使另一个面与皮带4接触即可，继而省去了更换底面材料的时间和操作过程，简单方便，可快速进行实现展示，也避免携带过多器材，所述第一辊轴2的一端贯穿盒体1的侧壁并通过同步带18与电机19的输出轴连接，所述电机19设在盒体1的内部，调速旋钮24与电机19电连接，所述盒体1的侧壁上固定安装有光电门22，光电门22的形状为U型结构，一端为发射信号端，另一端为接受信号端，当物体挡住两个端口时，光电门22开始计时，用以计算物体的遮挡时间，物体移开时，计时结束，且处在光电门22的接收信号端与发射信号端之间的平板27上开有孔槽(如图7所示)，从而避免平板27影响光电门22的正常工作，光电门22 目前均有公开使用的技术方案，并且其结构和原理也不是本实用新型的技术特征所在，故不做赘述，例如光电门22采用牌号为朗威、型号为LW-F851的传感器，所述皮带4上开有多个通孔23，皮带4转动时，相邻两个通孔23之间的皮带4会挡光，例如两个通孔23之间的间隔长度为10cm，光电门22会测量出皮带4转动10cm的遮光时间，继而利用V＝S/T(V运动速度，S为通孔23的间隔，T为光电门22测出的遮光时间)算出皮带4的相对运动速度V；

所述盒体1的上侧中部固定连接有支撑架11，所述支撑架11上滑动连接有杠杆12，所述杠杆12的两端连接有弹性件14，所述弹性件14的下端活动挂接在连接杆15上，弹性件14可采用橡皮筋方便实用，当弹性件14挂在连接杆 15上时，弹性件14的收缩力拉着杠杆12向下滑动，继而使第一力传感器13 的触点对摩擦块10产生压力，通过改变弹性件14的数量来改变第一力传感器 13对摩擦块10的压力，继而采集多组数据可以定量探究摩擦力与压力的关系，并且采用多个橡皮筋能够从直观角度展示增加了压力，所述连接杆15固定连接在支撑架11的下端外侧壁上，所述杠杆12的下侧固定安装有第一力传感器13，第一力传感器13目前均有公开使用的技术方案，并且其结构和原理也不是本实用新型的技术特征所在，故不做赘述，例如第一力传感器13采用牌号为朗威、型号为LW-F802力传感器，所述第一力传感器13的触点与摩擦块10活动连接，盒体1竖直摆放时，通过弹性件14的弹力作用，第一力传感器13检测摩擦块 10与皮带4的压力，且改变该压力时重力等其他条件不变；

所述盒体1的左端内部固定连接有撑板16，所述撑板16的上表面上固定安装有第二力传感器17，所述第二力传感器17的触点通过拉绳与摩擦块10连接。

该装置竖直放置测量摩擦力时有两种操作手段，方法一：第二力传感器17 上的初始示数为摩擦块10的重力值G，并记录下该数值，之后使皮带4运动，此时第二力传感器17上显示的示数为摩擦块10的重力与摩擦力(皮带4与摩擦块10的摩擦力)的合力F，因此皮带4与摩擦块10之间的摩擦力f等于F-G，即摩擦力也可理解为是第二力传感器17示数的变化值；方法二：将摩擦块10 挂在第二力传感器17上后，将第二力传感器17上显示的初始值调0，之后使皮带4运动，此时第二力传感器17上显示的示数便为皮带4与摩擦块10的摩擦力。第二力传感器17也可采用牌号为朗威、型号为LW-F801的力传感器。

具体而言，所述盒体1的内部且位于皮带4的上方两端均转动连接有压轴 5，由于皮带4具有一定的弹性，当皮带4转动时会上下跳动，压轴5将皮带4 的两端压着，继而能够使皮带4保持平坦，继而使实验数据更加精确。

具体而言，所述盒体1的右端两侧壁上开有第一滑槽6，所述第一滑槽6的内部滑动连接有滑块7，所述滑块7的内部活动卡接有螺杆8，所述螺杆8的右端贯穿第一滑槽6的侧壁并延伸至其外部且啮合连接有蝶形螺母9，所述第二辊轴3的两端分别转动连接在两个滑块7上，通过转动蝶形螺母9，使螺杆8在第一滑槽6的内部滑动，继而使滑块7在第一滑槽6的内部滑动，用以调整第二辊轴3的位置，这样可以调节第一辊轴2与第二辊轴3距离，从而调节皮带4 的松紧。

具体而言，所述皮带4上的相邻两个通孔23的间距相同，由于相邻通孔 23之间的间距相同，通过观察光电门22上的示数即可控制皮带4的运动速度，继而控制皮带4在不同速度时的匀速运动，继而精确研究摩擦力大小与相对运动速度的关系。

具体而言，所述盒体1的侧壁上开有两个第二滑槽20，所述第二滑槽20 的内部滑动连接有多个螺丝21，且螺丝21啮合连接在电机19的侧壁上，拧松螺丝21，电机19可以上下滑动调节电机19输出轴与第一辊轴2的距离，继而调整同步带18的松紧。

工作原理：本装置可平放使用也可以竖直放置使用，使用时通过直流电源接口26使该装置与外界电源电连接，将摩擦块10放在皮带4上，并且通过拉绳将摩擦块10与第二力传感器17的触点连接，然后将弹性件14挂在连接杆15上，继而使杠杆12带着第一力传感器13向下滑动并对摩擦块10施加压力，此时将盒体1竖起，打开电源开关25，从而使电机19带着皮带4开始转动，通过调速旋钮24将皮带4的转动速度调整至合适速度，此时观察第二力传感器 17上的拉力数值，即可快速清晰的得出摩擦力的数值，通过改变弹性件14的匝数来改变第一力传感器13的触点对摩擦块10的压力，此时摩擦块10与皮带 4之间的压力方向和重力正交，不受干扰，从而能够直观的展示摩擦力与压力的原理关系，降低教学展示的难度。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种多功能摩擦力实验装置，包括盒体(1)，其特征在于：所述盒体(1)的内部转动连接有第一辊轴(2)与第二辊轴(3)，所述第一辊轴(2)与第二辊轴(3)上转动连接有皮带(4)，所述皮带(4)的上侧面滑动连接有摩擦块(10)，所述第一辊轴(2)的一端贯穿盒体(1)的侧壁与电机(19)的输出轴连接，所述盒体(1)的侧壁上固定安装有光电门(22)，所述皮带(4)上开有多个通孔(23)；

所述盒体(1)的上侧固定连接有支撑架(11)，所述支撑架(11)上滑动连接有杠杆(12)，所述杠杆(12)的两端连接有弹性件(14)，所述弹性件(14)的下端活动挂接在连接杆(15)上，所述连接杆(15)固定连接在支撑架(11)的下端外侧壁上，所述杠杆(12)的下侧固定安装有第一力传感器(13)，所述第一力传感器(13)的触点与摩擦块(10)活动连接；

所述盒体(1)的左端内部安装有第二力传感器(17)，所述第二力传感器(17)的触点通过拉绳与摩擦块(10)连接。

2.根据权利要求1所述的一种多功能摩擦力实验装置，其特征在于：所述盒体(1)的内部且位于皮带(4)的上方两端均转动连接有压轴(5)。

3.根据权利要求1所述的一种多功能摩擦力实验装置，其特征在于：所述盒体(1)的右端两侧壁上开有第一滑槽(6)，所述第一滑槽(6)的内部滑动连接有滑块(7)，所述滑块(7)的内部活动卡接有螺杆(8)，所述螺杆(8)的右端贯穿第一滑槽(6)的侧壁并延伸至其外部且啮合连接有蝶形螺母(9)，所述第二辊轴(3)的两端分别转动连接在两个滑块(7)上。

4.根据权利要求1所述的一种多功能摩擦力实验装置，其特征在于：所述皮带(4)上的相邻两个通孔(23)的间距相同。

5.根据权利要求1所述的一种多功能摩擦力实验装置，其特征在于：所述第一辊轴(2)的一端通过同步带(18)与电机(19)的输出轴连接，所述盒体(1)的侧壁上开有两个第二滑槽(20)，所述第二滑槽(20)的内部滑动连接有多个螺丝(21)，且螺丝(21)啮合连接在电机(19)的侧壁上。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的一种多功能摩擦力实验装置，其特征在于：所述摩擦块(10)为多面体，且每个面上均包覆不同粗糙度的材料。

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