CN212112921U - 传送带式摩擦力实验仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传送带式摩擦力实验仪，包括底板、水平调节螺丝、水平仪、定位槽、固定支柱、可调支柱、支架、驱动器、传送带、滑块、拉绳、拉力计、量角器，底板上设有固定支柱和定位槽，两端分别连接定位槽和支架的可调支柱可自由调整支架的倾斜角度，传送带通过柱形转轴与支架相连，支架外侧设有驱动器与内侧的柱形转轴相连，支架上固定的拉力计通过拉绳连接传送带上的滑块，通过拉力计检测传送带与滑块之间摩擦力的大小，支架上的量角器用以读出拉绳的倾斜角。根据滑块的重力等效为正压力，从而计算出摩擦系数。本发明具有结构简单、原理和实验现象清晰、操作方便和成本低廉的特点，可以用于中学物理实验教学。
Description
技术领域
本发明涉及中学物理实验教学仪器领域，具体涉及一种传送带式摩擦力实验仪。
背景技术
物理学是所有科学技术最重要的基础学科之一，不仅是中学必修课程，也是许多高校绝大多数专业要求的高考必考课程。但由于概念众多和在逻辑思维能力等方面的要求，使得很多中学生觉得物理很难学，甚至高考时为了避开考物理而不得不放弃很多喜欢的专业。中学物理实验仪器在帮助学生认识物理现象和掌握物理规律等方面发挥了重要作用，如认识力并进行受力分析是中学物理教学的重点和难点之一，利用摩擦力实验仪可以加深学生对于摩擦力的理解，并进一步掌握受力分析的方法和技巧。摩擦力阻碍物体相对运动(或相对运动趋势)，可以分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力三种类型，在生活中广泛存在。传统的摩擦力实验仪主要可以分为手动牵引法和重物牵引法两类，其中手动牵引法因为人工牵引受力不稳定，难以保证物体准确地做匀速直线运动，测量误差大影响对物理现象的理解和进行受力分析；重物牵引法利用重物提供稳定牵引力后可以提高测量精度，但需要综合多次测量才能得出摩擦力数值，操作复杂、数据处理过程繁琐。现在有很多发明提出电动绞盘等方法，但带来新的局限性，如绞盘在收线过程中拉绳方向不断变化导致的拉力方向不稳；特别地，到目前还没有一种摩擦力实验仪可以不需要收放滑块而持续地展示实验现象和结果，且可以对比分析俯仰斜坡情况下的摩擦力情况。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，针对上述方法所存在的问题，提出了一种传送带式摩擦力实验仪。该发明应具有结构简单、原理清晰、操作方便和测量准确直观的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种传送带式摩擦力实验仪，包括底座、支柱、支架、驱动器、传送带、滑块、拉绳、拉力计、量角器，通过水平调节螺丝和水平仪来调节底座上的底板为水平放置，支柱分为固定支柱和可调支柱，固定支柱的下端固定在底座上，固定支柱的上端通过转轴与支架连接在一起，可调支柱的下端设置在底座的定位器上，可调支柱的上端通过转轴与支架连接在一起，驱动器、量角器设置于支架上，传送带设置在支架上并由驱动器控制转速，滑块放置在传送带上并通过拉绳与拉力计连接，拉力计被固定在支架的一端并显示拉绳上的拉力，通过改变可调支柱下端在底座上的位置来改变支架的倾斜角，该倾斜角的大小由量角器读出。
为实现本发明的进一步优化，进一步的措施：所述的定位器或者是底板上的凹槽，或者是底板上的凸起，优选为步进的方式调节，通过定位器改变可调支柱下端在底板上的相对位置来调节支架的倾斜角。所述的支架可以绕与固定支柱的上端相连接的转轴转动，可以处在或者是向上倾斜、或者是向下倾斜、或者是水平的状态，并保证传送带在转轴方向与底板的上表面平行。所述的驱动器包括驱动电机和智能控制模块，可以调节控制并显示传送带的转速。所述的拉力计或者是机械拉力计，或者是数字拉力计，由可调螺丝固定在支架上，通过调节可调螺丝保证拉力计和拉绳上的拉力方向与传送带的上表面平行。所述的量角器或者是固定在支架上，或者是固定在固定支柱的上端，可以直接读出支架和传送带的倾斜角大小。所述的滑块用于分析滑动摩擦力和静摩擦力时是由一块或者是多块的长方体、或者是正方体的分块组成，优选为三类分块组成，分别是用来改变接触面粗糙度与传送带接触的底部分块，与拉绳系在一起的中间分块，用于改变滑块重量的上部分块，底部分块与中间分块之间通过磁吸或楔合后固定在一起，上部分块与中间分块之间通过磁吸组合在一起。所述的滑块用于分析滚动摩擦力时是由拉环和一块或者是多块圆柱体分块组成，各圆柱体分块之间通过磁吸或楔合后固定在一起，拉环设置在转轴上，并与拉绳连接。
本发明的有益效果是：
1、实现了静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力在同一台装置测量，可以不需要收放滑块而持续地展示实验现象和结果，简化实验演示过程。
2、可以在水平、向下倾斜和向上倾斜三种状态下分析摩擦力，让实验过程和实验现象更为丰富，有利于学生系统地掌握摩擦力性质和受力分析方法。
3、可以连续地调节支架在向下倾斜、水平和向上倾斜三种状态之间进行变化，动态演示摩擦力与斜面正压力、相对运动(及运动趋势)之间的关系，有利于培养学生的创新思维能力。
4、拉力计和拉绳与传送带的上表面之间平行，且拉绳方向不变，在保证实验测量精度的同时，不需要频繁记录和繁杂处理实验数据。
5、仪器构造简单，操作便捷，成本低廉，实验结果准确直观。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明传送带式摩擦力实验仪的结构示意图；
图中：1、底座，2、支柱，3、支架，4、驱动器，5、传送带，6、滑块，7、拉绳，8、拉力计，9、量角器。
具体实施方式
参见附图1，一种传送带式摩擦力实验仪，包括底座1、支柱2、支架3、驱动器4、传送带5、滑块6、拉绳7、拉力计8和量角器9。
底座1包括底板101、水平螺丝102、水平仪103、调位器104，水平螺丝102、水平仪103、调位器104设置于底板101上。底座1上的底板101的上表面为水平参考面，根据水平仪103调节水平调节螺丝102使得底板101的上表面为水平面。
支柱2包括固定支柱201和可调支柱202，固定支柱201的下端固定在底座1的底板101上，固定支柱201的上端通过转轴与支架3连接在一起，可调支柱202的下端设置在底座1的定位器104上，可调支柱202的上端通过转轴与支架3连接在一起。
驱动器4、量角器9设置于支架3上，传送带5设置在支架3上并由驱动器4控制转速。滑块6放置在传送带5上并通过拉绳7与拉力计8连接，拉力计8被固定在支架3的一端并显示拉绳7上的拉力。通过改变可调支柱202下端在定位器104上的位置来改变支架3的倾斜角，该倾斜角的大小由量角器9读出。通过拉力计8测出的拉力大小和量角器9测量的倾斜角大小分析验证滑块6在传送带5上表面的摩擦力情况。
所述的定位器104或者是底板101上附加的凹槽，或者是底板101上附加的凸起，优选为步进的方式调节，通过定位器104改变可调支柱202下端在底板101上的相对位置来调节支架3的倾斜角。所述的支架3可以绕与固定支柱201的上端相连接的转轴转动，可以处在或者是向上倾斜、或者是向下倾斜、或者是水平的状态，并保证传送带5在转轴方向与底板101的上表面平行。
所述的驱动器4包括驱动电机和智能控制模块，可以调节控制并显示传送带5的转速。所述的拉力计8或者是机械拉力计，或者是数字拉力计，由可调螺丝固定在支架3上，通过调节可调螺丝保证拉力计8和拉绳7上的拉力方向与传送带5的上表面平行。所述的量角器9或者是固定在支架3上，或者是固定在固定支柱201的上端，可以直接读出支架3和传送带5的倾斜角大小。
所述的滑块6用于分析滑动摩擦力和静摩擦力时，可以包括表面设有磁吸的本体，通过在所述本体上增减上表面或侧面吸块的数量改变滑块6的重量或接触面积，滑块6的底面通过设置不同材料的吸块以更换改变摩擦系数。具体而言，可由一块或者是多块的长方体、或者是正方体的分块组成，优选为三类分块组成，分别是用来改变接触面粗糙度与传送带5接触的底部分块，与拉绳7系在一起的中间分块(即本体)，用于改变滑块6重量的上部分块。底部分块与中间分块之间通过磁吸或楔合后固定在一起，上部分块与中间分块之间通过磁吸组合在一起。采用磁吸固定时，可以在中间分块表面设有磁吸，上部分块、底部分块为吸块。还可以在侧面设置吸块来改变接触面积。所述的滑块6用于分析滚动摩擦力时，可由拉环和一块或者是多块圆柱体分块组成，各圆柱体分块之间通过磁吸或楔合后固定在一起，拉环设置在圆柱体的转轴上，并与拉绳7连接。
实施例1：不启动驱动器4分析静摩擦力，根据水平仪103调节水平调节螺丝102，使得底板101的上表面为水平面,调节可调支柱202的下端在定位器104上的位置，使得量角器9上的读数为0，传送带5的上表面和滑块6处于水平状态,手动缓慢转动传送带5，在摩擦力作用下带动滑块6远离拉力计8运动，拉绳7慢慢变得拉直，但滑块6与传送带5之间的相对位移为0，拉力计8读数从0逐渐变大，继续缓慢转动传送带5，使得拉力计8的读书继续增大，增大到一个临界拉力值时，滑块6与传送带5之间开始产生相对位移，此时的拉力值即为最大静摩擦力。
实施例2：经过实施例1的调节，使得传送带5的上表面和滑块6处于水平状态后，先轻微拉动滑块6，使得拉绳7尽量拉直，但拉力计8的读数为0，然后缓慢调节可调支柱202的下端在定位器104上的位置，使得支架3向下倾斜，滑块6产生沿传送带5上表面向下滑动的运动趋势，当拉力计8趋向出现非0读数时，由量角器9读出此时的倾斜角，由受力分析得到最大静摩擦力。
实施例3：完成实施例1或实施例2后，启动驱动器4，由控速旋钮控制驱动器的转速，使得传送带5匀速转动，观察和测量滑动摩擦力或滚动摩擦力，通过增减滑块6的分块数量或者调节倾斜角大写改变正压力。
在实施例1、实施例2和实施例3中，驱动器4可以根据需要驱动传送带5按照顺时针或逆时针转动。本发明具有结构简单、原理和实验现象清晰、操作方便和成本低廉的特点，可以用于中学物理实验教学。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种传送带式摩擦力实验仪，其特征在于，所述传送带式摩擦力实验仪包括底座(1)、支柱(2)、支架(3)、驱动器(4)、传送带(5)、滑块(6)、拉绳(7)、数字拉力计(8)、量角器(9)，底座(1)包括底板(101)、水平螺丝(102)、水平仪(103)、调位器(104)，水平螺丝(102)、水平仪(103)、调位器(104)设置于底板(101)上，底座(1)上的底板(101)的上表面为水平参考面，并由水平仪(103)和水平螺丝(102)进行调节，支柱(2)包括固定支柱(201)和可调支柱(202)，固定支柱(201)的下端固定在底板(101)上，固定支柱(201)的上端通过转轴与支架(3)连接在一起，可调支柱(202)的下端设置在底座(1)上的调位器(104)上，可调支柱(202)的上端通过转轴与支架(3)连接在一起，驱动器(4)、量角器(9)设置于支架(3)上，传送带(5)设置在支架(3)上并由驱动器(4)控制转速，滑块(6)放置在传送带(5)上并通过拉绳(7)与数字拉力计(8)连接，数字拉力计(8)被固定在支架的一端并显示拉绳(7)上的拉力，通过改变可调支柱(202)下端在底座上的位置来改变支架(3)的倾斜角，该倾斜角的大小由量角器(9)读出。
2.如权利要求1所述的传送带式摩擦力实验仪，其特征在于，所述的滑块(6)包括表面设有磁吸的本体，通过在所述本体上增减上表面或侧面吸块的数量改变滑块(6)的重量或接触面积，滑块(6)的底面通过设置不同材料的吸块以更换改变摩擦系数。
3.如权利要求1所述的传送带式摩擦力实验仪，其特征在于，所述的滑块(6)为三类分块组成，分别是用来改变接触面粗糙度与传送带(5)接触的底部分块，与拉绳(7)系在一起的中间分块，用于改变滑块(6)重量的上部分块，底部分块与中间分块之间通过磁吸或楔合后固定在一起，上部分块与中间分块之间通过磁吸组合在一起。
4.如权利要求1所述的传送带式摩擦力实验仪，其特征在于，所述的滑块(6)由拉环和一块或者多块圆柱体分块组成，各圆柱体分块之间通过磁吸或楔合后固定在一起，拉环设置在圆柱体的转轴上，并与拉绳(7)连接。
5.如权利要求1所述的传送带式摩擦力实验仪，其特征在于，所述的调位器(104)是底板(101)上的凹槽，或者是底板(101)上的凸起。
6.如权利要求1所述的传送带式摩擦力实验仪，其特征在于，所述的调位器采用步进的方式调节。
7.如权利要求1所述的传送带式摩擦力实验仪，其特征在于，所述的驱动器(4)包括驱动电机和智能控制模块，用以调节控制并显示传送带(5)的转速。
8.如权利要求1所述的传送带式摩擦力实验仪，其特征在于，所述的数字拉力计(8)通过可调螺丝固定在支架(3)上，保证数字拉力计(8)和拉绳(7)上的拉力方向与传送带(5)的上表面平行。
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Cited By (1)
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| CN114192997A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-03-18 | 莆田市雷腾激光数控设备有限公司 | 一种织带松紧带激光切割方法 |
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Cited By (2)
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| CN114192997B (zh) * | 2021-11-18 | 2023-11-07 | 莆田市雷腾激光数控设备有限公司 | 一种织带松紧带激光切割方法 |
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