CN2687764Y - 静、动摩擦力演示仪 - Google Patents

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李彤
韩卫平
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Abstract

本实用新型公开了一种用于物理教学的静、动摩擦力演示仪，由环形平皮带传动和摩擦力测量两部分组合而成，在机箱的前面板上，环形平皮带套在水平方向排列的主动轮和从动轮上，环形平皮带上层的下面有固定于台架上的光滑平面托台；传动轴的一端连接低速同步电机，另一端连结主动轮，从动轴一端连接从动轮，传动轴和从动轴分别至少由两个轴套支撑；演示状态下，摩擦块放置于环形平皮带的上面，拉力绳一端连接摩擦块，另一端连接弹簧测力计；该仪器原理明确、结构简单，又能直观演示摩擦块受到的静摩擦力从零逐渐增大到最大静摩擦力最后又变为滑动摩擦力的动态变化过程及影响摩擦力的因素。

Description

静、动摩擦力演示仪
技术领域
本实用新型涉及一种教学仪器，更具体地为一种用于物理教学的静、动摩擦力演示仪。
技术背景
物理教学中摩擦力的教学是一个难点，学生不明白静摩擦力怎样从零逐渐增大、方向如何，影响静摩擦力大小的因素是什么，最大静摩擦力和滑动摩擦力的关系如何，静摩擦因数与动摩擦因数的关系，滑动摩擦力的方向，影响滑动摩擦力大小的因素等。传统教学中通常使用测力计水平地拉静止在水平桌面上的物体来演示静摩擦力，这种做法中由于人的拉力不是均匀变化的，因此不能直观准确的反映静摩擦力的变化过程，而且最大静摩擦力到滑动摩擦力的变化过程是瞬间完成的，教师不容易操作，学生更不容易观察到。一般实验室配备的J04075型摩擦力演示器较好地演示了影响动摩擦力的因素，但它的电机运转速度快，无法演示静摩擦力的变化过程，也无法演示从静摩擦力到动摩擦力的变化。这样，定量、直观、动态地演示静摩擦力一直是个空白，造成学生对摩擦力的理解不够系统、全面。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种克服上述缺陷的，能够定量、直观、动态演示静摩擦力从零增大到最大静摩擦力最后又转变为滑动摩擦力的过程，同时也可以演示影响静、动摩擦力的因素，使学生对摩擦力的认识清楚全面，有效地解决摩擦力这个教学难点的静、动摩擦力演示仪。
本实用新型是这样实现的：静、动摩擦力演示仪，由环形平皮带传动和摩擦力测量两部分组合而成，环形平皮带传动部分主要由机箱、电源、同步电机、主动轮、从动轮、环形平皮带组成，摩擦力测量部分主要由摩擦块、拉力绳、弹簧测力计组成，在方形机箱的正立面外部，环形平皮带套在水平方向安装的主动轮和从动轮上，环形平皮带上层的下面有固定于机箱上的光滑平面托台；传动轴的一端连接电机，另一端连接主动轮，从动轴一端连接从动轮，传动轴和从动轴分别至少由两个轴套及轴套座支撑；演示状态下，摩擦块放置于环形平皮带的上面，拉力绳一端连接摩擦块，另一端连接测力弹簧。
为了使演示更直观，测力计沿竖直方向固定在支架上，游标穿在沿刻度方向固定的一根张紧的棉线上，靠摩擦可停留在任意位置，测力弹簧伸长时，测力计的指针带动游标下降，当达到拉力最大值后，游标静止在最大值上，指针则随弹簧张力的减小而回复；也可以在张力计指针连接画针，增设一个平皮带同步运行的记录纸筒，进行张力演示时就可将摩擦力的大小随摩擦运动的变化绘成曲线图。
为方便演示仪的搬运、储藏，固定测力计的支架与机箱用可拆解的活合页连接。
本仪器应用原理明确，结构简单，又能直观演示摩擦块受到的静摩擦力从零逐渐增大到最大静摩擦力最后又变为滑动摩擦力的动态变化过程，有效地克服摩擦力这个教学难点。经教学班试用，摩擦力这一节课堂测验的优秀率和及格率均明显好于往届。
附图说明及实施例
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本实用新型正视图。
图2为本实用新型装配立体图。
图中，1.弹簧测力计，2.游标，3.定滑轮，4.测力计支架，5.细绳，6.合页，7.从动轮，8.摩擦块，9.主动轮，10.电源开关，11.指示灯，12.传动轴，13.连轴器，14.同步电机，15.轴套座，16.光滑平面托台，17.标记，18.机箱，19.环形平皮带，20.座垫。
在图中，同步电机(14)的输出轴与连轴器(13)相连，连轴器(13)的另一端与传动轴(12)相连，传动轴(12)另一端连接主动轮(9)，同步电机(14)固定在机箱支架上，从动轮(7)通过轴、轴套及轴套座(15)支撑，环形平皮带(19)套在主动轮(9)和从动轮(2)上，光滑平面托台(16)固定在机箱(18)前面板上，对皮带起支托作用，以避免摩擦块的重力作用，使皮带下陷，影响摩擦力演示。测力计支架(4)在机箱前面右下角处用合页(6)相连，摩擦块(8)用细绳(5)通过定滑轮(3)与测力弹簧相连，环形平皮带(19)的边沿用白漆(17)间隔均匀地作了标记，以便于观察。
由于同步电机是恒速转动的，当摩擦块和橡胶带相对静止后细绳张紧，此时摩擦块受力平衡，测力计示数的大小反映了摩擦块所受静摩擦力的大小(打开电源开关前，连线要松弛，等电机启动平稳后，也即摩擦块和橡胶皮带从静止到共同匀速运动的过程完成后，细绳再被拉紧。因为启动过程中连线若张紧，静摩擦力大于绳的拉力)，随着摩擦块的运动，测力计的示数就从零均匀地增加到最大值，由于橡胶皮带的速度很小，仅为2×10-2m/s(皮带轮的直径Φ＝4×10-2m，计算得v＝rω＝4×10-2×2π×5/60＝2×10-2m/s)，这样，学生就能直观地观察到静摩擦力从零逐渐增大的变化过程。当摩擦块受到的静摩擦力达到最大值后，摩擦块有继续随橡胶皮带运动的趋势，但摩擦块受到的最大静摩擦力已不能满足继续增大的拉力的需要，摩擦块便相对橡胶皮带滑动，此时测力计的示数略有减小然后保持不变，摩擦块所受摩擦力变为滑动摩擦力，此时，最大静摩擦力的大小由游标记忆下来，滑动摩擦力的大小由测力计示数读出。由于变化过程较慢，机箱是黑色的，黑色橡胶皮带的边沿用白漆间隔均匀地作了标记，这样学生就容易看出橡胶皮带与摩擦块的相对位置变化，也就容易看到从最大静摩擦力到滑动摩擦力的变化过程。改用摩擦块的粗糙面与橡胶皮带接触，改变摩擦块的质量(在摩擦块上增减砝码)，分别观察不同条件下测力计的读数变化情况，就演示了影响静、动摩擦力大小的因素。摩擦力的方向学生很容易根据力的平衡知识判断出来。

Claims (5)

1.静、动摩擦力演示仪，由环形平皮带传动和摩擦力测量两部分组合而成，环形平皮带传动部分主要由机箱、电源、同步电机、主动轮、从动轮、环形平皮带组成，摩擦力测量部分主要由摩擦块、拉力绳、弹簧测力计组成，其特征在于在机箱的正立面外部，环形平皮带套在水平方向排列的主动轮和从动轮上，环形平皮带上层的下面有固定于台架上的光滑平面托台；传动轴的一端连接电机，另一端连接主动轮，从动轴一端连接从动轮，传动轴和从动轴分别至少由两个轴套及轴套座支撑；演示状态下，摩擦块放置于环形平皮带的上面，拉力绳一端连接摩擦块，另一端连接弹簧测力计。
2.如权利要求1所述的静、动摩擦力演示仪，其特征在于所述的电机为低速交流同步电机。
3.如权利要求1所述的静、动摩擦力演示仪，其特征在于所述的弹簧测力计竖立，上面有刻度，拉力绳中部通过一定滑轮拐折90度；环形平皮带的正立面上有刻度，沿刻度方向有游标，测力计指针带动游标移动。
4.如权利要求1所述的静、动摩擦力演示仪，其特征在于所述的环形平皮带的边沿有做的标记。
5.如权利要求1所述的静、动摩擦力演示仪，其特征在于所述的弹簧测力计指针连接一画针，其底面有一与皮带同步的旋转记录纸筒。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102208148A (zh) * 2011-05-23 2011-10-05 韩进荣 一种新型物理实验演示仪
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CN106340227A (zh) * 2016-11-22 2017-01-18 刘桐溪 一种力学综合实验装置及其实验方法
CN108399837A (zh) * 2017-04-25 2018-08-14 孙欣雅 一种演示摩擦力作用的趣味实验装置

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