一种摩擦力动态测量分析演示仪的制作方法

本发明涉及一种中学物理教学与实验仪器，尤其涉及一种摩擦力动态测量分析演示仪。

背景技术：

在现阶段的物理教学中，“摩擦力”是力学中非常重要的一课。在实际的教学过程中，摩擦力的探究实验大多数都是手动拉着弹簧测力计和物体运动，由物体的运动情况判断摩擦力的性质，从弹簧测力计上读出摩擦力的大小，从而得出实验结论。这个实验在构思、原理、方法和学生的可参与性方面都很好，但是在实验中人手很难保持稳定的用力方向和用力大小，物体运动的速度变化较大，无法保持近似的匀速直线运动，通过肉眼观察判断物块与小车之间的相对位置是否变化，来判断物块和小车之间是否有相对运动或相对运动趋势，从而判断摩擦力的性质和大小，所以多次测量时实验数据变动较大，可信度不高。

技术实现要素：

为了快速并直观地演示摩擦力的实验，克服以上的不足，使实验的直观性和可信度增强，本发明提供一种摩擦力动态测量分析演示仪，涉及一种中学物理教学与实验仪器。该演示仪主要包括测力计、定滑轮、小车、轻质细绳、底板轨道、电机、电源适配器和物块等。该演示仪成本低廉、携带方便、操作简单，演示测量摩擦力的效果明显，误差小，有利于学生对摩擦力的理解，更有利于实验和教学的开展。本发明解决其技术问题所采用的方案主要有以下几点。

1.整个演示仪主要包括测力计、右支架、轻质细绳2、定滑轮、水平仪、调平螺栓、小车、轻质细绳1、底板轨道、电机转轴、电机、左支架、电源适配器、调速开关、横杆、物块和插头。其中底板轨道上装有调平螺栓，左支架和右支架竖直固定在底板轨道上，左支架和右支架之间又用横杆固定连接，既可以增加稳度，又可以在横杆上面刻制铭牌，左支架的前面有一圆孔，左支架的里面和背面是空心的，带调速开关的电源适配器固定在左支架的上面，电机固定在左支架的里面，所有接线都在左支架的背面，接线插头可以直接插在220v的电源上，只有电机转轴从左支架的前面圆孔中穿出，圆孔的孔径比电机转轴的轴径略大，所以电机转轴可以自由转动，小车与电机转轴用不可伸长的轻质细绳1连接，轻质细绳1一端固定在电机转轴上，另一端固定在小车的左侧面中心处。

2.所述的水平仪固定在右支架前面的底板轨道上，测力计固定在右支架的上部偏右边，定滑轮固定在右支架的下部偏左边，物块的里面和上面都是凿空的，可以往物块上面加减砝码，物块与测力计之间用不可伸长的轻质细绳2连接，轻质细绳2一端固定在测力计的挂钩上，另一端先穿过定滑轮，然后固定在物块右侧面中心处，竖直方向的细绳和水平方向的细绳互相垂直。

3.所述的演示仪的小车前面、物块前面和底板轨道的前面都有分度值相同的长度刻度，物块前面的刻度是0-20cm，零刻线在物块前面的最左边，小车前面的刻度是0-40cm，零刻线在小车前面的最左边，底板轨道前面的零刻线在底板轨道的中线处，刻度是往两边对称标注为0-55cm，通过观察物块、小车和底板轨道的刻度线相对位置是否变化，可以判断物块和小车之间是否有相对运动或相对运动趋势，从而判断摩擦力大小的动态变化性质，根据测力计的示数测出摩擦力的大小，分析影响摩擦力大小的原因。

4.在实验前，先将凿空的物块5、小车4和轨道3的零刻度都对齐，弹簧测力计调零。

5.固定整个演示仪的底座较宽，可以使演示仪在实验过程中保持稳定。

本发明的有益效果是该演示仪成本低廉、携带方便、操作简单，演示摩擦力的效果明显，误差小；在实验中电机能很好地保持稳定的用力方向和用力大小，物体运动的速度变化较小，可以保持近似的匀速直线运动，通过观察物块、小车和底板轨道的刻度线相对位置是否变化，能准确判断小车与底板轨道之间、物块与小车之间的相对位置是否变化，从而判断物块和小车之间是否有相对运动或相对运动趋势，以确定摩擦力的性质和大小，所以多次测量时实验数据变动较小，可信度高；整个实验的原理和实验过程跟教材上的实验差别不大，简单易操作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图，图2是本发明的演示一图，图3是本发明的演示二图，图4是本发明的演示三图。

具体实施例

本发明提出了一种摩擦力动态测量分析演示仪，能比较快捷、直观地演示当物体有相对运动趋势和相对运动时摩擦力大小的动态变化，从而迅速得出实验结果。

本发明的结构示意图如图1所示，该演示仪主要包括测力计（1）、右支架（2）、轻质细绳2（3）、定滑轮（4）、水平仪（5）、调平螺栓（6）、小车（7）、轻质细绳1（8）、底板轨道（9）、电机转轴（10）、电机（11）、左支架（12）、电源适配器（13）、调速开关（14）、横杆（15）、物块（16）、插头（17）。其中底板轨道（9）上装有调平螺栓（6），左支架（12）和右支架（2）竖直固定在底板轨道（9）上，左支架（12）和右支架（2）之间又用横杆（15）固定连接，既可以增加稳度，又可以在横杆（15）上面刻制铭牌，左支架（12）的前面有一圆孔，左支架（12）的里面和背面是空心的，带调速开关（14）的电源适配器（13）固定在左支架（12）的上面，电机（11）固定在左支架（12）的里面，所有接线都在左支架（12）的背面，接线插头（17）可以直接插在220v的电源上，只有电机转轴（10）从左支架（12）的前面圆孔中穿出，圆孔的孔径比电机转轴（10）的轴径略大，所以电机转轴（10）可以自由转动，小车（7）与电机转轴（10）用不可伸长的轻质细绳1（8）连接，轻质细绳1（8）一端固定在电机转轴（10）上，另一端固定在小车（7）的左侧面中心处。

所述的水平仪（5）固定在右支架（2）前面的底板轨道（9）上，测力计（1）固定在右支架（2）的上部偏右边，定滑轮（4）固定在右支架（2）的下部偏左边，物块（16）的里面和上面都是凿空的，可以往物块（16）上面加减砝码，物块（16）与测力计（1）之间用不可伸长的轻质细绳2（3）连接，轻质细绳2（3）一端固定在测力计（1）的挂钩上，另一端先穿过定滑轮（4），然后固定在物块（16）右侧面中心处，竖直方向的细绳和水平方向的细绳互相垂直。

所述的演示仪的小车（7）前面、物块（16）前面和底板轨道（9）的前面都有分度值相同的长度刻度，物块（16）前面的刻度是0-20cm，零刻线在物块（16）前面的最左边，小车（7）前面的刻度是0-40cm，零刻线在小车（7）前面的最左边，底板轨道（9）前面的零刻线在底板轨道（9）的中线处，刻度是往两边对称标注为0-55cm，通过观察物块（16）、小车（7）和底板轨道（9）的刻度线相对位置是否变化，可以判断物块（16）和小车（7）之间是否有相对运动或相对运动趋势，从而判断摩擦力大小的动态变化性质，根据测力计（1）的示数测出摩擦力的大小，分析影响摩擦力大小的原因。

实验时，首先将演示仪放置在实验台上，根据水平仪（5）中的气泡位置，调节底板轨道（9）上的调平螺栓（6），使底板轨道（9）水平,使物块（16）、小车（7）和底板轨道（9）的零刻度线对齐，并对测力计（1）进行调零。

把插头（17）插上电源，当电机（11）运转时，电机转轴（10）通过轻质细绳1（8）带动小车（7）向左作近似匀速直线运动，刚开始小车（7）和底板轨道（9）的刻度线相对位置有变化，但物块（16）和小车（7）的刻度线相对位置没有变化，说明物块（16）和小车（7）是同时运动的，但它们之间有相对运动趋势，它们之间有静摩擦力，物块（16）和小车（7）向左运动时，弹簧伸长，弹力增加，由于物块（16）和小车（7）的刻度线相对位置没有发生变化，说明物块（16）和小车（7）之间还是相对静止的，它们之间的静摩擦力增大，当静摩擦力增大到最大静摩擦力时，下面的小车（7）在电机转轴（10）带动下继续运动，物块（16）和小车（7）的刻度线相对位置发生变化，说明物块（16）和小车（7）之间发生相对位移，它们之间的摩擦力变为滑动摩擦力，测力计（1）的弹簧会回弹，稳定后，物块（16）相对底板轨道（9）是静止的，平稳后的测力计（1）的示数就是滑动摩擦力大小。调节调速开关（14）还可以多次测量小车（7）处于不同运动速度时物块（16）和小车（7）之间的静摩擦力、最大静摩擦力和滑动摩擦力的大小。

如图2所示，是本发明的演示一图。在物块（16）上分别增加不同重量的砝码，其它条件不变，重复上面的实验步骤，观察物块（16）和小车（7）的刻度线相对位置变化，从而判断摩擦力的性质，测量不同正压力条件下，物块（16）和小车（7）之间的静摩擦力、最大静摩擦力和滑动摩擦力的大小，可以分析摩擦力和正压力之间的关系。

如图3所示，是本发明的演示二图。改变物块（16）和小车之间的接触材料（留下零刻线处不遮挡），即改变接触面的粗糙程度，其它条件不变，重复[0016]和[0017]段的实验步骤，观察物块（16）和小车（7）的刻度线相对位置变化，从而判断摩擦力的性质，测量接触面粗糙程度不同的条件下，物块（16）和小车（7）之间的静摩擦力、最大静摩擦力和滑动摩擦力的大小，可以分析摩擦力和接触面粗糙程度之间的关系。

如图4所示，是本发明的演示三图。在物块（16）上分别增加不同重量的砝码并同时改变物块（16）和小车（7）之间的接触材料（留下零刻线处不遮挡），其它条件不变，重复[0016]和[0017]段的实验步骤，观察物块（16）和小车（7）的刻度线相对位置是否有变化，从而判断摩擦力的性质，测量同时改变正压力和接触面的条件下，物块（16）和小车（7）之间的静摩擦力、最大静摩擦力和滑动摩擦力的大小，可以分析摩擦力和正压力大小以及接触面的粗糙程度之间的关系。