CN211427651U - 一种物理摩擦力演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种物理摩擦力演示装置，包括测试平板、左、右支撑脚、定滑轮和高度可调节的定滑轮高度调节架、滑块、轻质绳和小桶；右支撑脚高度可调节；测试平板的下端面与左、右支撑脚的上端部铰接；测试平板的上端面的左端与定滑轮高度调节架的下端面固定连接；定滑轮固定设置于定滑轮高度调节架上，且定滑轮向左伸出测试平板；滑块的左端设置有绳固定圈，所述的轻质绳右端连接绳固定圈，轻质绳中段绕于定滑轮上，轻质绳的左端连接小桶。本实用新型能够调节定滑轮的高度和测试平板的坡度，从而演示在受到重力影响的斜面上以及多个滑块堆叠时摩擦力受力。

Description

一种物理摩擦力演示装置

技术领域

本实用新型涉及教学用具技术领域，尤其涉及一种物理教学用摩擦力演示装置。

背景技术

摩擦力是物理初学者的难点之一，虽然摩擦力的定义很简单，但是与摩擦力有关的题目往往将动摩擦力、静摩擦力、重力和物体受到的拉力、压力等其它力相混合，初学者往往不能准确分辨各种情况，对滑块的受力情况分析错误，导致题目解析错误。究其原因，还是学生对动摩擦力、静摩擦力等情况的理解不够深刻，现有的摩擦力演示装置仅仅演示水平面上的单个滑块的动、静摩擦力，通常仅仅演示摩擦力的定义，很少演示滑块在受到重力影响的斜面上动、静摩擦力，也不演示多个滑块堆叠时，单个滑块所受的动、静摩擦力，而这些情况恰恰是难点所在，初学者需要对这些情况直观的演示来对动、静摩擦力有深刻的认识。

这是因为在现有的物理摩擦力演示装置中，通常通过轻质绳拉动滑块，通过测试与摩擦力相等的拉力来测试摩擦力，这就要求拉力与摩擦力必须平行。现有的物理摩擦力演示装置中，通常将轻质绳绕与高度确定的定滑轮上，保证轻质绳与测试台平行，从而保证拉力与摩擦力平行。当对滑块与摩擦因数不同的接触面之间的动、静摩擦力时，通常在测试台和滑块之间铺设不同材质的物品，如测量滑块与毛巾之间的动、静摩擦力，将毛巾铺设于测试台和滑块之间。实际上，由于毛巾等具有厚度，而定滑轮的高度没有任何变化，则导致拉力与摩擦力之间不再平行，导致测试精度下降。当测量多个堆叠的滑块所受的摩擦力的情况时，轻质绳与滑块相连接的端部高度发生变化，拉力与摩擦力不再平行，导致摩擦力测试难度大大增加。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种物理摩擦力演示装置，能够调节定滑轮的高度和测试平板的坡度，从而演示在受到重力影响的斜面上以及多个滑块堆叠时摩擦力的受力情况。

本实用新型采用的技术方案为：

一种物理摩擦力演示装置，包括测试平板、用于支撑测试平板的左支撑脚和右支撑脚、定滑轮和定滑轮高度调节架、滑块、用于拉动滑块的轻质绳和小桶；所述的定滑轮高度调节架的高度可调节；

所述的右支撑脚自下而上依次包括右脚底座、右脚高度调节架和右脚撑杆，所述的右脚高度调节架的高度可调节，右脚底座与右脚高度调节架下端面固定连接，右脚撑杆的下端部固定连接右脚高度调节架，右脚撑杆的上端部通过右铰接件连接测试平板的下端面的右端；左支撑脚的上端部通过左铰接件连接测试平板的下端面的左端；

所述的测试平板的上端面的左端与定滑轮高度调节架的下端面固定连接，且定滑轮高度调节架垂直于测试平板的上端面；所述的定滑轮固定设置于定滑轮高度调节架上，且定滑轮向左伸出测试平板；

所述的滑块的左端设置有绳固定圈，所述的轻质绳右端连接绳固定圈，轻质绳右段与测试平板上端面平行，轻质绳中段绕于定滑轮上，轻质绳的左端连接小桶，轻质绳的左段竖向垂落。

所述的定滑轮高度调节架包括滑动轨道、丝杠传动机构和丝杠限位板，所述的丝杠传动机构包括丝杠、滑动螺母、回程引导装置和滚珠；所述的滑动轨道包括左侧轨道和右侧轨道，左侧轨道的上端部和右侧轨道的上端部固定连接丝杠限位板的下端面，丝杠限位板上设置有丝杠限位孔和限位螺母，所述的限位螺母固定设置于丝杠限位板上端面且正对丝杠限位孔；丝杠依次穿过限位螺母和丝杠限位孔，滑动螺母套设在丝杠上，且位于滑动轨道中，滑动螺母的前端部固定设置有固定板；

所述的定滑轮高度调节架的滑动轨道固定设置于测试平板上端面左端后侧，且定滑轮高度调节架的滑动轨道与测试平板垂直，所述的定滑轮高度调节架的固定板上端面与定滑轮固定连接。

所述的物理摩擦力演示装置中，所述的右脚高度调节架与定滑轮高度调节架结构相同；右脚高度调节架的滑动轨道的下端与右脚底座固定连接，右脚高度调节架的固定板与右脚撑杆下端部固定连接，右脚撑杆的上端面高于右脚高度调节架的上端面。

所述的物理摩擦力演示装置还包括打点计时器和纸条，以及用于调节打点计时器高度的打点计时器高度调节架，所述的纸条左端与滑块固定连接，纸条右端穿过打点计时器，纸条与轻质绳处于同一直线上；

所述的打点计时器高度调节架与定滑轮高度调节架结构相同，所述的打点计时器高度调节架中的滑动轨道固定设置于测试平板上端面右端后侧，且打点计时器高度调节架中的滑动轨道与测试平板垂直，所述的打点计时器高度调节架中的固定板上端面与打点计时器固定连接。

所述的定滑轮高度调节架、打点计时器高度调节架和右脚高度调节架的丝杠的上端部，均设置有调节手柄。

所述的物理摩擦力演示装置中，所述的左铰接件包括铰接座、铰接头、旋转轴螺栓和与旋转轴螺栓匹配的固定螺母，所述的铰接头通过旋转轴螺栓与铰接座铰接，左铰接件的铰接座与左支撑脚上端部固定连接，左铰接件的铰接头与测试平板下端面的左端固定连接；

所述的右铰接件与左铰接件结构相同，右铰接件的铰接座与右脚撑杆上端部固定连接，右铰接件的铰接头与测试平板下端面的右端固定连接。

有益效果：

本实用新型通过调节定滑轮的高度和测试平板的坡度，灵活演示多种与摩擦力有关的场景，针对于摩擦力的难点，特别是便于演示在受到重力影响的斜面上以及多个滑块堆叠时的摩擦力，使得初学者充分理解摩擦力的特性，从而能够准确分辨复杂情况下滑块的受力情况。

更进一步的，通过丝杠传动机构方便快捷的调节调节定滑轮的高度，从而实现定滑轮的高度的精确调节，提高摩擦力测试的精确度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的右支撑脚结构示意图；

图3为本实用新型的定滑轮高度调节架结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围。

如图1所示，本实用新型包括测试平板1、用于支撑测试平板1的左支撑脚2和右支撑脚3、定滑轮4和定滑轮高度调节架5、滑块6、用于拉动滑块6的轻质绳7和小桶8；所述的定滑轮高度调节架5的高度可调节；

如图2所示，所述的右支撑脚3自下而上依次包括右脚底座3-1、右脚高度调节架3-2和右脚撑杆3-3，所述的右脚高度调节架3-2的高度可调节，右脚底座3-1与右脚高度调节架3-2下端面固定连接，右脚撑杆3-3的下端部固定连接右脚高度调节架3-2，右脚撑杆3-3的上端部通过右铰接件连接测试平板1的下端面的右端；左支撑脚2的上端部通过左铰接件连接测试平板1的下端面的左端；右脚撑杆3-3的设置，使得右脚高度调节架3-2不与测试平板1直接接触，为右脚高度调节架3-2的高度调节留下操作空间。

所述的测试平板1的上端面的左端与定滑轮高度调节架5的下端面固定连接，且定滑轮高度调节架5垂直于测试平板1的上端面；所述的定滑轮4固定设置于定滑轮高度调节架5上，且定滑轮4向左伸出测试平板1；

所述的滑块6的左端设置有绳固定圈，所述的轻质绳7右端连接绳固定圈，轻质绳右段A与测试平板1上端面平行，轻质绳中段B绕于定滑轮4上，轻质绳7的左端连接小桶8，轻质绳的左段C竖向垂落。定滑轮4向左伸出测试平板1，可防止轻质绳的左段C和小桶8与测试平板1接触而影响摩擦力测试的演示效果。

本实用新型的使用过程如下：

通过右脚高度调节架3-2将测试平板1水平设置，将一个滑块6放置于测试平板1上，向小桶8中逐渐添加细砂、砝码或者配重块，观察滑块6的状态，从而观察滑块6所受的静摩擦力。

当摩擦力测试的情况发生改变时，如在滑块6和测试平板1之间铺设毛巾，测量静摩擦力与摩擦因数的关系时，通过定滑轮高度调节架5轻微调节定滑轮4的高度，使得轻质绳右段A与测试平板1上端面依然保持平行，防止因毛巾的厚度引起轻质绳右段A倾斜，从而保证摩擦力测试精度。

当测试多块堆叠的滑块6所受的摩擦力时，如三块滑块6堆叠，测试中间的滑块6所受的摩擦力，轻质绳7右端连接中间的滑块6的绳固定圈，并通过定滑轮高度调节架5调节定滑轮4的高度，使得轻质绳右段A与测试平板1上端面平行，从而测试中间的滑块6所受的摩擦力。

当测试重力对摩擦力的影响时，将一个滑块6放置于测试平板1上，调节右脚高度调节架3-2的高度，使得测试平板1倾斜，当测试平板1倾斜到一定程度时，滑块6刚好移动，此时滑块6所受的重力的分力，即为滑块6在此测试平板1上的最大静摩擦力。

依据不同的情况，通过调节定滑轮4的高度和测试平板1的坡度，所述的物理摩擦力演示装置灵活演示多种情景下的摩擦力，且特别针对受到重力影响的斜面上以及多个滑块6堆叠时，滑块6摩擦力的演示，使得初学者充分理解摩擦力的特性，从而能够准确分析复杂题目中滑块6受力。

如图3所示，所述的物理摩擦力演示装置中，所述的定滑轮高度调节架5包括滑动轨道、丝杠传动机构和丝杠限位板5-3，所述的丝杠传动机构包括丝杠5-4、滑动螺母5-5、回程引导装置和滚珠，丝杠5-4、滑动螺母5-5、回程引导装置和滚珠的连接关系为现有技术，此处不在赘述；所述的滑动轨道包括左侧轨道5-1和右侧轨道5-2，左侧轨道5-1的上端部和右侧轨道5-2的上端部固定连接丝杠限位板5-3的下端面，丝杠限位板5-3上设置有丝杠限位孔和限位螺母5-6，所述的限位螺母5-6固定设置于丝杠限位板5-3上端面且正对丝杠限位孔；丝杠5-4依次穿过限位螺母5-6和丝杠限位孔，滑动螺母5-5套设在丝杠5-4上，且位于滑动轨道中，滑动螺母5-5的前端部固定设置有固定板5-7；

所述的定滑轮高度调节架5的滑动轨道固定设置于测试平板1上端面左端后侧，且定滑轮高度调节架5的滑动轨道与测试平板1垂直，所述的定滑轮高度调节架5的固定板5-7上端面与定滑轮4固定连接。转动定滑轮高度调节架5的丝杠5-4，带动定滑轮高度调节架5的滑动螺母5-5上下移动，从而带动定滑轮高度调节架5的固定板5-7上下移动，从而带动定滑轮4上下移动。定滑轮高度调节架5中的丝杠5-4转动一周，滑动螺母5-5的位移极小，因此，可实现定滑轮4位置的精细化调节。再配合液态水平尺使用，充分保证轻质绳右段A与测试平板1上端面平行。

所述的物理摩擦力演示装置中，所述的右脚高度调节架3-2与定滑轮高度调节架5结构相同；右脚高度调节架3-2的滑动轨道的下端与右脚底座3-1固定连接，右脚高度调节架3-2的固定板5-7与右脚撑杆3-3下端部固定连接，右脚撑杆3-3的上端面高于右脚高度调节架的上端面，不与测试平板1的下端面接触，保证右脚高度调节架3-2中丝杠5-4的操作空间，便于手动转动丝杠5-4，从而便于精细调节右支撑脚3的高度。

所述的物理摩擦力演示装置中，还包括打点计时器16和纸条15，以及用于调节打点计时器16高度的打点计时器高度调节架14，所述的纸条15左端与滑块6固定连接，纸条15右端穿过打点计时器16，纸条15与轻质绳7处于同一直线上；当滑块6运动时，通过打点计时器16和纸条15，可计算出滑块6所受的动摩擦力的数值，使得本实用新型的摩擦力演示情景更为丰富，更加便于初学者理解。如，三块堆叠的滑块6，当中间的滑块运动，而上下滑块保持静止时，中间的滑块所受的摩擦力的大小，以及与上下滑块的关系，此种情景作为物理题目中的一个考试难点，利用所述的物理摩擦力演示装置进行生动的演示，便于初学者理解。

所述的打点计时器高度调节架14与定滑轮高度调节架5结构相同，打点计时器高度调节架14的滑动轨道固定设置于测试平板1上端面右端后侧，且打点计时器高度调节架14滑动轨道与测试平板1垂直，所述的打点计时器高度调节架14的固定板5-7上端面与打点计时器16固定连接，从而精确的调节打点计时器16的高度，使得位于测试平板1上方的纸条15与测试平板1平行，从而测量堆叠的滑块6的测试情境下的摩擦力的数值，保证测试的准确度。

所述的物理摩擦力演示装置，所述的定滑轮高度调节架5、打点计时器高度调节架14和右脚高度调节架3-2的丝杠5-4的上端部，均设置有调节手柄9，从而提升调节时的便捷度和舒适度，保证调节的效率。

所述的物理摩擦力演示装置，所述的左铰接件包括铰接座10、铰接头11、旋转轴螺栓12和与旋转轴螺栓12匹配的固定螺母13，所述的铰接头11通过旋转轴螺栓12与铰接座10铰接，左铰接件的铰接座10与左支撑脚2上端部固定连接，左铰接件的铰接头11与测试平板1下端面的左端固定连接；

所述的右铰接件与左铰接件结构相同，右铰接件的铰接座10与右脚撑杆3-3上端部固定连接，右铰接件的铰接头11与测试平板1下端面的右端固定连接。

将右铰接件与左铰接件中的固定螺母13拧松，随着右脚高度调节架3-2中的滑动螺母5-5的上下移动，右脚撑杆3-3随之升高或降低，测试平板1的右端升高或降低，且测试平板1沿左铰接件的旋转轴螺栓12旋转，调节至合适的高度后，再将右铰接件与左铰接件中的固定螺母13拧紧，将测试平板1与左支撑脚2和右支撑脚3紧紧的固定。所述的左右铰接件能够灵活快捷的使左支撑脚2和右支撑脚3与测试平板1之间转动或固定，从而进行测试平板1的坡度调节，并再次将测试平板1与左、右支撑脚固定，从而防止测试过程中测试平板1与左右支撑脚之间发生相对运动，影响摩擦力测试结果。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种物理摩擦力演示装置，其特征在于：包括测试平板、用于支撑测试平板的左支撑脚和右支撑脚、定滑轮和定滑轮高度调节架、滑块、用于拉动滑块的轻质绳和小桶；所述的定滑轮高度调节架的高度可调节；

所述的右支撑脚自下而上依次包括右脚底座、右脚高度调节架和右脚撑杆，所述的右脚高度调节架的高度可调节，右脚底座与右脚高度调节架下端面固定连接，右脚撑杆的下端部固定连接右脚高度调节架，右脚撑杆的上端部通过右铰接件连接测试平板的下端面的右端；左支撑脚的上端部通过左铰接件连接测试平板的下端面的左端；

所述的测试平板的上端面的左端与定滑轮高度调节架的下端面固定连接，且定滑轮高度调节架垂直于测试平板的上端面；所述的定滑轮固定设置于定滑轮高度调节架上，且定滑轮向左伸出测试平板；

所述的滑块的左端设置有绳固定圈，所述的轻质绳右端连接绳固定圈，轻质绳右段与测试平板上端面平行，轻质绳中段绕于定滑轮上，轻质绳的左端连接小桶，轻质绳的左段竖向垂落。

2.根据权利要求1所述的物理摩擦力演示装置，其特征在于：所述的定滑轮高度调节架包括滑动轨道、丝杠传动机构和丝杠限位板，所述的丝杠传动机构包括丝杠、滑动螺母、回程引导装置和滚珠；所述的滑动轨道包括左侧轨道和右侧轨道，左侧轨道的上端部和右侧轨道的上端部固定连接丝杠限位板的下端面，丝杠限位板上设置有丝杠限位孔和限位螺母，所述的限位螺母固定设置于丝杠限位板上端面且正对丝杠限位孔；丝杠依次穿过限位螺母和丝杠限位孔，滑动螺母套设在丝杠上，且位于滑动轨道中，滑动螺母的前端部固定设置有固定板；

所述的定滑轮高度调节架的滑动轨道固定设置于测试平板上端面左端后侧，且定滑轮高度调节架的滑动轨道与测试平板垂直，所述的定滑轮高度调节架的固定板上端面与定滑轮固定连接。

3.根据权利要求2所述的物理摩擦力演示装置，其特征在于：所述的右脚高度调节架与定滑轮高度调节架结构相同；右脚高度调节架的滑动轨道的下端与右脚底座固定连接，右脚高度调节架的固定板与右脚撑杆下端部固定连接，右脚撑杆的上端面高于右脚高度调节架的上端面。

4.根据权利要求2或3所述的物理摩擦力演示装置，其特征在于：还包括打点计时器和纸条，以及用于调节打点计时器高度的打点计时器高度调节架，所述的纸条左端与滑块固定连接，纸条右端穿过打点计时器，纸条与轻质绳处于同一直线上；

所述的打点计时器高度调节架与定滑轮高度调节架结构相同，所述的打点计时器高度调节架中的滑动轨道固定设置于测试平板上端面右端后侧，且打点计时器高度调节架中的滑动轨道与测试平板垂直，所述的打点计时器高度调节架中的固定板上端面与打点计时器固定连接。

5.根据权利要求4所述的物理摩擦力演示装置，其特征在于：所述的定滑轮高度调节架、打点计时器高度调节架和右脚高度调节架的丝杠的上端部，均设置有调节手柄。

6.根据权利要求1所述的物理摩擦力演示装置，其特征在于：所述的左铰接件包括铰接座、铰接头、旋转轴螺栓和与旋转轴螺栓匹配的固定螺母，所述的铰接头通过旋转轴螺栓与铰接座铰接，左铰接件的铰接座与左支撑脚上端部固定连接，左铰接件的铰接头与测试平板下端面的左端固定连接；

所述的右铰接件与左铰接件结构相同，右铰接件的铰接座与右脚撑杆上端部固定连接，右铰接件的铰接头与测试平板下端面的右端固定连接。

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