一种滑动摩擦力综合实验装置的制作方法

本发明属于实验教学仪器技术领域，更具体的说是涉及一种滑动摩擦力综合实验装置。

背景技术：

力学是大学物理教学的主要内容之一，主要涉及力的大小、方向和作用点这三要素的分析和计算，而摩擦力是研究大学物理力学的基础。

对于大学物理摩擦力学的教学，现有的一些实验装置，虽然在大学物理教学和教学仪器的发展中，起到了很大的促进作用。但是，这些实验装置功能不够全面，演示效果欠缺，很难在课堂上令学生对滑动摩擦力进行全面的了解。

因此，如何提供一种滑动摩擦力综合实验装置，较全面地实现大学物理力学中关于滑动摩擦力的演示、研究和诠释，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种滑动摩擦力综合实验装置，可以较全面地诠释滑动摩擦力的实验过程，解释滑动摩擦力与接触面面积、滑块速度、压力以及接触面粗糙度的关系。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种滑动摩擦力综合实验装置，包括：实验装置主机，

所述实验装置主机包括主机底板、弹簧测力计架、伺服电机支架、伺服电机和绕线轮，所述主机底板两侧设置有滑槽，所述弹簧测力计架嵌装在所述滑槽内，且所述弹簧测力计架上安装有多个弹簧测力计，每个所述弹簧测力计的挂钩均连接有滑块；所述伺服电机支架设置在所述主机底板的末端，所述伺服电机固定在所述伺服电机支架上，且所述伺服电机的输出端与所述绕线轮同轴连接，所述绕线轮通过拉绳与所述弹簧测力计架相连。

优选的，所述滑块的端面固定安装有钩或环，所述弹簧测力计通过钩或环与所述滑块相连。通过钩或环可方便弹簧测力计与滑块的连接。

优选的，所述主机底板上设置有与多个所述滑块相适配的多个底板槽，所述滑块置于所述底板槽内，既避免了多个滑块滑动过程中产生相互干扰，又有利于提高滑块滑动的稳定性。

优选的，还包括附件，所述附件包括砝码或固定质量块，所述滑块顶端设置有凹槽，所述砝码或固定质量块置于所述凹槽内。将不同质量的砝码或固定质量块置于凹槽内，便于解释说明滑动摩擦力与压力的关系。

优选的，所述附件还包括底板贴面，所述底板贴面粘贴于所述底板槽的底面。将不同粗糙度的底板贴面分别贴于多个底板槽内，能够比较分析滑动摩擦系数与接触面粗糙度的关系。

优选的，所述附件还包括滑块贴面，所述滑块贴面粘贴于所述滑块底面。将不同粗糙度的滑块贴面贴于滑块底面，能够比较分析滑动摩擦系数与接触面粗糙度的关系。

优选的，所述附件还包括表面粗糙度仪，通过表面粗糙度仪能够测量滑块表面的粗糙度值和底板槽顶面的粗糙度值。

优选的，所述实验主机还包括计算机，所述伺服电机与所述计算机电性连接，通过计算机可实现伺服电机的自动控制。

优选的，所述底板槽的末端安装有限位开关，所述限位开关与所述计算机电性连接。当滑块滑动至限位开关位置处，限位开关将信号输送至计算机，计算机控制伺服电机停止运行，避免了滑块滑出底板槽外。

本发明的有益效果在于：

本发明结构简单，使用方便，在伺服电机的作用下，使得多个弹簧测力计能够分别自动拉动多个滑块滑动，功能全面，演示效果较好，能够在课堂上令学生对静摩擦力进行全面的了解，较全面地实现大学物理力学中关于滑动摩擦力的演示、研究和诠释，解释滑动摩擦力与接触面面积、滑块速度、压力以及接触面粗糙度的关系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图。

其中，图中，

1-主机底板；2-弹簧测力计架；3-伺服电机支架；4-伺服电机；5-绕线轮；6-滑槽；7-弹簧测力计；8-滑块；9-拉绳；10-底板槽；11-凹槽；12-计算机；13-限位开关；14-支撑板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1，本发明提供了一种滑动摩擦力综合实验装置，包括：实验装置主机，

实验装置主机包括主机底板1、弹簧测力计架2、伺服电机支架3、伺服电机4和绕线轮5，主机底板1两侧设置有滑槽6，弹簧测力计架2嵌装在滑槽6内，且弹簧测力计架2上安装有多个弹簧测力计7，每个弹簧测力计7的挂钩均连接有滑块8；伺服电机支架3设置在主机底板1的末端，伺服电机4固定在伺服电机支架3上，且伺服电机4与绕线轮5同轴连接，绕线轮5通过拉绳9与弹簧测力计架2相连。

在另一种实施例中，滑块8的端面固定安装有钩或环，弹簧测力计7通过钩或环与滑块8相连。通过钩或环可方便弹簧测力计7与滑块8的连接。

在另一种实施例中，主机底板1上设置有与多个滑块8相适配的多个底板槽10，滑块8置于底板槽10内，既避免了多个滑块8滑动过程中产生相互干扰，又有利于提高滑块8滑动的稳定性。

在另一种实施例中，在实验过程中，底板槽10内放置相同质量不同底面面积的滑块8，能够比较分析滑动摩擦系数与接触面面积的关系。

在另一种实施例中，还包括附件，附件包括砝码或固定质量块，滑块8顶端设置有凹槽11，砝码或固定质量块置于凹槽11内。将不同质量的砝码或固定质量块置于凹槽11内，便于解释说明滑动摩擦力与压力的关系。

在另一种实施例中，附件还包括底板贴面，底板贴面粘贴于底板槽10的底面。将不同粗糙度的底板贴面分别贴于多个底板槽10内，能够比较分析滑动摩擦系数与接触面粗糙度的关系。

在另一种实施例中，附件还包括滑块贴面，滑块贴面粘贴于滑块8底面。将不同粗糙度的滑块贴面贴于滑块8底面，能够比较分析滑动摩擦系数与接触面粗糙度的关系。

在另一种实施例中，底板贴面和滑块贴面均采用片状形材料，包括玻璃、塑料、布片、砂纸、木板等中的一种，可根据需求进行选择，底板贴面和滑块贴面选用不同的材料，滑块8与底板槽10间的摩擦力将会发生改变，从而增加了摩擦力演示的多样性。

在另一种实施例中，附件还包括表面粗糙度仪，通过表面粗糙度仪能够测量滑块8表面的粗糙度值和底板槽10顶面的粗糙度值。

在另一种实施例中，实验主机还包括计算机12，伺服电机4与计算机11电性连接，通过计算机11可实现伺服电机4的自动控制。

在另一种实施例中，底板槽10的末端安装有限位开关13，限位开关13与计算机12电性连接。当滑块8滑动至限位开关13位置处，限位开关13将信号输送至计算机12，计算机12控制伺服电机4停止运行，避免了滑块8滑出底板槽10外。

本发明还可通过计算机12设置不同的伺服电机4转速，测试滑块8在不同速度条件下，滑动摩擦力的大小，从而研究滑动摩擦力与滑块速度之间的关系。

在另一种实施例，本发明还包括支撑板14，支撑板14设置在实验装置主机底端，且支撑板14底端的四个边角处均安装有支脚，四个支脚与支撑板14螺纹连接，通过调节四个支脚的高度，可使支撑板14处于水平状态。

本发明结构简单，使用方便，在伺服电机4的作用下，使得多个弹簧测力计7能够分别自动拉动多个滑块8滑动，功能全面，演示效果较好，能够在课堂上令学生对静摩擦力进行全面的了解，较全面地实现大学物理力学中关于滑动摩擦力的演示、研究和诠释，解释滑动摩擦力与接触面面积、滑块速度、压力以及接触面粗糙度的关系。

本发明还提供了一种滑动动摩擦力综合实验装置的实验方法，包括滑动摩擦力与压力的关系、滑动摩擦力与滑块移动速度的关系、滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系、滑动摩擦力与接触面面积关系等实验方法。

动摩擦力与压力的关系实验方法，包括以下步骤：

步骤1.1：将四个相同底板贴面安放于滑动摩擦力综合实验装置的底板槽10中；

步骤1.2：放置水平尺在滑动摩擦力综合实验装置的支撑板14上，调节底部四个带螺纹“桌脚”，使综合实验装置水平；

步骤1.3：检查弹簧测力计7的指针是否指到零位置，如果没有则对弹簧测力计7进行调零，后再固定在弹簧测力计架2上；

步骤1.4：将四个质量相同且下表面同尺寸同粗糙度的滑块8分别放置在对应的底板槽10中，滑块8与弹簧测力计架2通过弹簧测力计7相连，弹簧测力计架2通过拉绳9与绕线轮5相连，绕线轮5与伺服电机轴同轴连接，并使拉绳9自然伸直；

步骤1.5：将不同质量的砝码或者固定质量块固定放置在滑块8上的凹槽11中；

步骤1.6：打开计算机12和伺服电机4控制软件，并设定伺服电机4的转速(根据转速和绕线轮直径，可以确定滑块的运行速度)；

步骤1.7：启动伺服电机4，直到其达到预设的转速，且弹簧测力计7示数稳定后，记录四组弹簧测力计7读数，即拉力，停止伺服电机4；

步骤1.8：记录滑块和砝码或者固定质量块的总质量，计算总压力，根据总压力和拉力的关系，计算滑动摩擦系数，从而验证滑动摩擦力的公式。

动滑动摩擦力与滑块8移动速度的关系实验方法，包括以下步骤：

步骤2.1：将四个相同底板贴面安放于滑动摩擦力综合实验装置的底板槽10中；

步骤2.2：放置水平尺在滑动摩擦力综合实验装置的支撑板14上，调节底部四个带螺纹“桌脚”，使综合实验装置水平；

步骤2.3：检查弹簧测力计7的指针是否指到零位置，如果没有则对弹簧测力计7进行调零，后再固定在弹簧测力计架2上；

步骤2.4：将四个质量相同且下表面同尺寸同粗糙度的滑块8分别放置在对应的底板槽10中，滑块8与弹簧测力计架2通过弹簧测力计7相连，弹簧测力计架2通过拉绳9与绕线轮5相连，绕线轮5与伺服电机轴同轴连接，并使拉绳9自然伸直；

步骤2.5：打开计算机12和伺服电机4控制软件，并设定伺服电机4的转速；

步骤2.6：启动伺服电机4，直到其达到预设的转速，且弹簧测力计7示数稳定后，记录四组弹簧测力计7读数，停止伺服电机4；

步骤2.7：设置不同的伺服电机4转速，测试不同滑块8在不同速度条件下，滑动摩擦力的大小，以此研究滑动摩擦与速度间的关系。

动滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系实验方法，包括以下步骤：

步骤3.1：将四个不同表面粗糙度滑块贴面分别贴于四个相同滑块8的对应底面，以使具有相同的接触面；

步骤3.2：用手摸的方法，感觉粗糙度，利用表面粗糙度仪，测试四种滑块8表面的粗糙度值；

步骤3.3：将四个相同底板贴面安放于滑动摩擦力综合实验装置的底板槽10中；

步骤3.4：放置水平尺在滑动摩擦力综合实验装置的支撑板14上，调节底部四个带螺纹“桌脚”，使综合实验装置水平；

步骤3.5：检查弹簧测力计7的指针是否指到零位置，如果没有则对弹簧测力计7进行调零，后再固定在弹簧测力计架2上；

步骤3.6：将四个质量相同且下表面同尺寸同粗糙度的滑块8分别放置在对应的底板槽10中，滑块8与弹簧测力计架2通过弹簧测力计7相连，弹簧测力计架2通过拉绳9与绕线轮5相连，绕线轮5与伺服电机轴同轴连接，并使拉绳9自然伸直；

步骤3.7：打开计算机12和伺服电机4控制软件，并设定伺服电机4的转速(根据转速和绕线轮直径，可以确定滑块的运行速度)；

步骤3.8：启动伺服电机4，直到其达到预设的转速，且弹簧测力计7示数稳定后，记录四组弹簧测力计7读数，即拉力，停止伺服电机4；

步骤3.9：记录滑块8的质量、弹簧测力计7读数和四种滑块贴面的粗糙度，根据公式，计算四种滑块贴面的滑动摩擦系数，比较分析滑动摩擦系数与接触面粗糙度的关系。

动滑动摩擦力与接触面面积关系的实验方法，包括以下步骤：

步骤4.1：将四个相同底板贴面安放于滑动摩擦力综合实验装置的底板槽10中；

步骤4.2：放置水平尺在滑动摩擦力综合实验装置的支撑板14上，调节底部四个带螺纹“桌脚”，使综合实验装置水平；

步骤4.3：检查弹簧测力计7的指针是否指到零位置，如果没有则对弹簧测力计7进行调零，后再固定在弹簧测力计架2上；

步骤4.4：将三个质量相同，且下表面尺寸不同、表面平整和具有相同粗糙度的滑块8分别放置在对应的底板槽10中，滑块8与弹簧测力计架2通过弹簧测力计7相连，弹簧测力计架2通过拉绳9与绕线轮5相连，绕线轮5与伺服电机轴同轴连接，并使拉绳9自然伸直；

步骤4.5：打开计算机12和伺服电机4控制软件，并设定伺服电机4的转速(根据转速和绕线轮直径，可以确定滑块的运行速度)；

步骤4.6：启动伺服电机4，直到其达到预设的转速，且弹簧测力计7示数稳定后，记录四组弹簧测力计7读数，即拉力，停止伺服电机4；

步骤4.7：记录三个不同尺寸下表面滑块8对应的质量和弹簧测力计7读数，比较分析滑动摩擦力与接触面面积的关系。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。