研究滑动摩擦力实验器材的制作方法

本发明涉及教学器材技术领域，尤其涉及一种研究滑动摩擦力实验器材。

背景技术：

摩擦力是高中物理教学的重点和难点之一.关于滑动摩擦力与压力大小的关系，诸多教材都安排了一个实验探究，实验原理相同，但实验方案设计却略有不同，高中物理（必修1）人教版教材这一演示实验采用的是利用弹簧测力计直接拉动木块来研究摩擦力的变化情况，虽然方法简单，易于操作，但是，如图1所示，实验中用手拉动弹簧测量计，很难保证木块做匀速直线运动，而且弹簧秤运动过程中不易准确读数，学生对实验结果难以信服，教学效果甚差。而高中物理（必修1）鲁科版的教材虽然对该实验进行一些改进，让固定弹簧秤和木块保持不动，而换成拖动与之接触的长木板。但是，该改进方案仍然存在着两个方面的问题：①在拖动长木板过程中，水平拉伸的弹簧秤由于自身重力作用而下垂，使得弹簧秤上的拉杆或指针极易碰到弹簧秤的外壳，摩擦阻力容易导致弹力的测量误差；②在接触面不太平整的情况下，拉动木板时，弹簧秤的弹簧会出现伸缩性变化，造成示数也会随之变化，读数也不太准确。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术的不足，从而提供一种研究滑动摩擦力实验器材，操作方便，实验高效便捷，实验数据分析更加科学，便于学生理解。

本发明所采用的技术方案是这样的：一种研究滑动摩擦力实验器材，包括底座、垂直固定设置于底座一端的支架、镶嵌于所述支架上的拉力传感器、一端与所述拉力传感器相连接的连接绳，所述连接绳的另一端与实验块组件的一端相连接，所述底座上设置有带动所述实验块组件沿着所述连接绳的方向水平运动的驱动机构，所述实验块组件包括第一实验物块以及第二实验物块，所述第一实验物块与所述第二实验物块并排且相拆卸设置，所述连接绳的另一端设置有圆柱形的连接部，所述第一实验物块的一端部设置有与所述连接部相配合的圆柱形的连接套筒，所述连接部与所述连接套筒之间设置有将两者锁紧的锁定机构，所述第一实验物块与所述第二实验物块的下底面具有第一摩擦层，所述第一实验物块与所述第二实验物块的上表面具有第二摩擦层，所述第一摩擦层的粗糙度大于所述第二摩擦层的粗糙度；

所述驱动机构包括转动设置于所述底座上的第一辊筒以及第二辊筒、设置于所述第一辊筒与所述第二辊筒上的传送带、连接于所述第一辊筒与所述第二辊筒两者转轴之间的传动组件、驱动所述第一辊筒或者所述第二辊筒转动的变频电机；

所述支架上设置有控制器以及显示屏，所述控制器分别与所述拉力传感器、所述变频电机以及所述显示屏相电气连接。

进一步改进的是：所述第一实验物块以及所述第二实验物块的两侧分别开设有连接口，所述第一实验物块以及所述第二实验物块两者分别通过两个u形连接片相连接，所述u形连接片的两端与所述连接口相配合。

进一步改进的是：所述连接部以及所述连接套筒上均具有径向设置的穿孔，所述连接部上通过柔性绳连接有插销，所述插销与所述穿孔相配合。

进一步改进的是：所述传送带为橡胶材质制成。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：

1、针对弹簧测力计测量精度和结构的限制，采用拉力传感器，其精度更高；

2、对于实验物块，通过结构改进，将其两个表面分别采用不同粗糙度的摩擦层，实验过程中通过换面进行研究粗糙度对于摩擦力的影响，不仅操作方便，而且实现一物多用，此外实验物块为分体式，可以方便研究接触面对于滑动摩擦力的影响；

3、针对人为手动抽到底板不均匀的不足，采用电动机带动橡胶传送带取代手动抽底板，因此实验精度更准确；

4、另外通过控制器采集拉力传感器的数值、变频电机的转速，继而实时检测，且数字化的呈现在屏幕上，易于读数。

附图说明

图1为现有技术中实验装置示意图；

图2为本发明示意图；

图3为实验块组件示意图。

其中：1、底座；2、支架；3、拉力传感器；4、连接绳；5、第一实验物块；6、第二实验物块；7、连接部；8、连接套筒；9、插销；10、第一辊筒；11、第二辊筒；12、传送带；13、显示屏；14、u形连接片。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

如图2、图3所示，本发明公开一种研究滑动摩擦力实验器材，包括底座1、垂直固定设置于底座1一端的支架2、镶嵌于所述支架2上的拉力传感器3、一端与所述拉力传感器3相连接的连接绳4，所述连接绳4的另一端与实验块组件的一端相连接，所述底座1上设置有带动所述实验块组件沿着所述连接绳4的方向水平运动的驱动机构，所述实验块组件包括第一实验物块5以及第二实验物块6，所述第一实验物块5与所述第二实验物块6并排且相拆卸设置，所述连接绳4的另一端设置有圆柱形的连接部7，所述第一实验物块5的一端部设置有与所述连接部7相配合的圆柱形的连接套筒8，所述连接部7与所述连接套筒8之间设置有将两者锁紧的锁定机构，所述第一实验物块5与所述第二实验物块6的下底面具有第一摩擦层，所述第一实验物块5与所述第二实验物块6的上表面具有第二摩擦层，所述第一摩擦层的粗糙度大于所述第二摩擦层的粗糙度；

所述驱动机构包括转动设置于所述底座1上的第一辊筒10以及第二辊筒11、设置于所述第一辊筒10与所述第二辊筒11上的传送带12、连接于所述第一辊筒10与所述第二辊筒11两者转轴之间的传动组件、驱动所述第一辊筒10或者所述第二辊筒11转动的变频电机；

所述支架2上设置有控制器以及显示屏13，所述控制器分别与所述拉力传感器3、所述变频电机以及所述显示屏13相电气连接。

为了方便研究不同接触面对于滑动摩擦力的影响，所述第一实验物块5以及所述第二实验物块6的两侧分别开设有连接口，所述第一实验物块5以及所述第二实验物块6两者分别通过两个u形连接片14相连接，所述u形连接片14的两端与所述连接口相配合。

本实施例中优选的实施方式为，所述连接部7以及所述连接套筒8上均具有径向设置的穿孔，所述连接部7上通过柔性绳连接有插销9，所述插销9与所述穿孔相配合，进行换面时，直接将插销9拔出后换面，而后再次将插销9插入穿孔内将其锁紧，操作及其便利。

本实施例中优选的实施方式为，所述传送带12为橡胶材质制成。

实验过程：

1、将第二实验物块6拆离，仅将第一实验物块5放置在传送带12上，通过改变变频电机的转速改变传送带12的传送速度，即改变第一实验物块5的移动速度，观察拉力传感器3的数值变化，依此研究滑动摩擦力的大小与物体移动速度之间的关系；

2、将第二实验物块6拆离，仅将第一实验物块5放置在传送带12上，第一摩擦层与传动带12抵触，启动变频电机，传动带12带动第一实验物块5移动，记录拉力传感器3的数值，将第二实验物块6与第一实验物块5一起安装在传送带12上，第一实验物块5与第二实验物块6两者均为第一摩擦层与传动带12抵触，启动变频电机，使得传送带12以相同速度传动，记录拉力传感器3的数值，依此研究滑动摩擦力大小与物体接触面积之间的关系；

3、将第二实验物块6拆离，仅将第一实验物块5放置在传送带12上，第一摩擦层与传动带12抵触，启动变频电机，传动带12带动第一实验物块5移动，记录拉力传感器3的数值，将第二实验物块6拆离，仅将第一实验物块5放置在传送带12上，第二摩擦层与传动带12抵触，启动变频电机，传动带12以相同的速度带动第一实验物块5移动，记录拉力传感器3的数值，依此研究滑动摩擦力与物体的表面粗糙度之间的关系。从而更加直观的来研究不同接触面对于滑动摩擦力的影响。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及其优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。