滑動(dòng)摩擦力教學(xué)演示儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出的一種滑動(dòng)摩擦力教學(xué)演示儀，它主要由底座板、安裝于底座板的直流微型減速電機(jī)、放大演示立板、彈簧測(cè)力計(jì)、定滑輪、摩擦力放大指示針、放大顯示刻度盤和摩擦滑板、摩擦滑塊構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：用摩擦力傳導(dǎo)拉繩繞套于定滑輪和針輪輪轂構(gòu)成以指示針長(zhǎng)度為阻力臂長(zhǎng)、輪轂半徑為動(dòng)力臂長(zhǎng)的“杠桿放大機(jī)”，采用直流微型減速電機(jī)作動(dòng)力帶動(dòng)摩擦滑板勻速滑動(dòng)。它能將彈簧測(cè)力計(jì)上的滑動(dòng)摩擦力示值計(jì)數(shù)按比例放大穩(wěn)定清晰地指示于放大顯示刻度盤上，特別方便于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行觀察分析，極大提高了物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)的演示直觀性和趣味性，它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)質(zhì)量都有明顯效果，有很好的使用前景。
【專利說明】滑動(dòng)摩擦力教學(xué)演示儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種滑動(dòng)摩擦力教學(xué)演示儀，屬于教具儀器的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別適合中學(xué)物理教學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示用，它是采用杠桿放大結(jié)構(gòu)能直觀清晰地演示滑動(dòng)摩擦力的物理現(xiàn)象和基本規(guī)律。

【背景技術(shù)】
[0002]我們知道，在中學(xué)物理教程中將滑動(dòng)摩擦力的定義表述為:在兩個(gè)相對(duì)滑動(dòng)的物體接觸面產(chǎn)生的阻礙其相對(duì)滑動(dòng)的作用力，它產(chǎn)生的充要條件是兩物體接觸面具有擠壓力且發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)?；瑒?dòng)摩擦力的大小只與兩物體接觸面粗糙程度和擠壓力有關(guān)，而與接觸面的面積大小和滑動(dòng)速度的快慢無關(guān)，即有f= μ N的關(guān)系式，式中:f為滑動(dòng)摩擦力，μ為兩物體接觸面粗糙度材料性質(zhì)所決定的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，N為兩物體接觸面的正壓力?？陀^地說，由于“滑動(dòng)摩擦力”的定義較為抽象枯燥且“滑動(dòng)摩擦力”的力學(xué)現(xiàn)象又難于顯示觀察，在物理教學(xué)中被認(rèn)為是一個(gè)較難講授的章節(jié)，特別是對(duì)于初中階段剛剛接觸物理學(xué)科的學(xué)生來說，更是一個(gè)難以理解接受的學(xué)習(xí)難點(diǎn)。為了增強(qiáng)教學(xué)效果，老師在課堂上都要借助一些教具來展示滑動(dòng)摩擦力的力學(xué)現(xiàn)象，才能幫助學(xué)生逐漸理解滑動(dòng)摩擦力的定義和規(guī)律，經(jīng)過長(zhǎng)期教學(xué)實(shí)踐證明，這是一個(gè)行之有效的教學(xué)方式。據(jù)調(diào)查了解:在中學(xué)物理教學(xué)中普遍使用的是一種由細(xì)繩連接木塊、測(cè)力計(jì)組成的簡(jiǎn)易教具，在進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將木塊放置于滑板上面，用手緩慢拉動(dòng)測(cè)力計(jì)牽引木塊在滑板上勻速滑動(dòng)時(shí)，即可將木塊與滑板接觸面所產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力轉(zhuǎn)換成對(duì)測(cè)力計(jì)的拉力，讓同學(xué)們通過觀察測(cè)力計(jì)上所顯示的數(shù)值來認(rèn)識(shí)感知滑動(dòng)摩擦力的現(xiàn)象。雖然這種教具在中學(xué)物理教學(xué)中已使用多年并在教學(xué)工作也發(fā)揮了一定作用，但是，我們?cè)陂L(zhǎng)期從事物理教具研發(fā)和教學(xué)實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)，這種簡(jiǎn)易教具在實(shí)際教學(xué)實(shí)驗(yàn)中也存在如下使用缺陷:1.由于測(cè)力計(jì)刻度較小并且它在實(shí)驗(yàn)中是一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)觀察測(cè)力計(jì)上的示值讀數(shù)是極不方便的，特別是位于后排的大多數(shù)學(xué)生很難觀察到測(cè)力計(jì)上的示值讀數(shù)。2.在手拉測(cè)力計(jì)牽引木塊滑動(dòng)的操作中，也很難做到能使木塊一直保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)木塊滑動(dòng)速度發(fā)生變化即出現(xiàn)不“勻速”時(shí)，就會(huì)引起測(cè)力計(jì)的指針示值發(fā)生“忽大忽小”不穩(wěn)定的現(xiàn)象而嚴(yán)重影響教學(xué)實(shí)驗(yàn)的觀察效果，這是現(xiàn)行摩擦力教具還需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善的地方。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出一種利用杠桿機(jī)構(gòu)按比例放大能清晰穩(wěn)定地顯示彈簧測(cè)力計(jì)示值讀數(shù)的滑動(dòng)摩擦力教學(xué)演示儀。
[0004]本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本實(shí)用新型提出的滑動(dòng)摩擦力教學(xué)演示儀，它包括底座板、配置于底座板上的摩擦滑板、摩擦滑塊和分別連接于摩擦滑板、摩擦滑塊的牽引拉繩、摩擦力傳導(dǎo)拉繩，其特征在于:在底座板上固定安裝直流微型減速電機(jī)、放大演示立板，所述牽引拉繩的另一端連接于直流微型減速電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，在放大演示立板上配裝有定滑輪、摩擦力放大指示針、放大顯示刻度盤和彈簧測(cè)力計(jì)，所述的摩擦力傳導(dǎo)拉繩依次繞套于定滑輪、摩擦力放大指示針的針輪輪轂，摩擦力傳導(dǎo)拉繩的另一端掛裝于彈簧測(cè)力計(jì)。它顯著的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:1.采用直流微型減速電機(jī)作動(dòng)力帶動(dòng)摩擦滑板滑動(dòng)并使摩擦滑板在實(shí)驗(yàn)演示過程中能一直保持穩(wěn)定的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可有效避免因相對(duì)滑動(dòng)速度不“勻速”而引發(fā)示值讀數(shù)“忽大忽小”不穩(wěn)定現(xiàn)象。2.在放大演示立板上增加安裝有放大顯示刻度盤和摩擦力放大指示針，將摩擦力傳導(dǎo)拉繩繞套于針輪輪轂上即可形成以輪轂半徑為動(dòng)力臂長(zhǎng)、指示針長(zhǎng)度為阻力臂長(zhǎng)的“杠桿放大機(jī)構(gòu)”，它能將彈簧測(cè)力計(jì)的示值讀數(shù)按比例放大穩(wěn)定清晰地標(biāo)指顯示于放大顯示刻度盤上，可極大地增強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)演示的可觀察性。它對(duì)進(jìn)一步改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量水平都具有明顯作用。
[0006]更進(jìn)一步地說，本實(shí)用新型還具有如下技術(shù)特征:
[0007]在放大演示立板上配裝有指示針限位柱。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)摩擦力放大指示針出現(xiàn)大弧長(zhǎng)的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有很好的限制定位作用。
[0008]在底座板上配裝有調(diào)壓變速檔位開關(guān)和電池盒。它是采用調(diào)壓變速檔位開關(guān)改變電壓來調(diào)節(jié)直流微型減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可選擇在不同速度的勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行多組演示實(shí)驗(yàn)，特別方便于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“滑動(dòng)摩擦力與滑動(dòng)速度快慢無關(guān)”的演示操作。
[0009]在摩擦滑板底面配裝有一組滑輪?？捎行г鰪?qiáng)摩擦滑板勻速滑動(dòng)的平穩(wěn)性能，對(duì)進(jìn)一步改善實(shí)驗(yàn)演示效果也有一定作用。
[0010]本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步:
[0011]本實(shí)用新型首創(chuàng)了一種用摩擦力傳導(dǎo)拉繩繞套于針輪輪轂構(gòu)成以指示針長(zhǎng)度為阻力臂長(zhǎng)、輪轂半徑為動(dòng)力臂長(zhǎng)的“杠桿放大機(jī)構(gòu)”，它能將彈簧測(cè)力計(jì)上的滑動(dòng)摩擦力示值讀數(shù)按比例放大并穩(wěn)定清晰地標(biāo)指顯示于放大顯示刻度盤上，能提高實(shí)驗(yàn)演示的可觀察性能；同時(shí)，采用調(diào)壓變速的直流微型減速電機(jī)作動(dòng)力來帶動(dòng)摩擦滑板作勻速直線運(yùn)動(dòng)，能確保摩擦滑板在實(shí)驗(yàn)演示過程中保持穩(wěn)定的勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可徹底杜絕因滑動(dòng)速度不“勻速”引起滑動(dòng)摩擦力示值讀數(shù)發(fā)生“忽大忽小不穩(wěn)定”的現(xiàn)象，對(duì)進(jìn)一步提高中學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量水平具有明顯效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，也作摘要附圖。
[0013]圖2是本實(shí)用新型的調(diào)壓變速的電原理圖。
[0014]附圖中的標(biāo)記說明:
[0015]I為直流微型減速電機(jī)，2為牽引拉繩，3為摩擦滑板，4為摩擦滑塊，5為砝碼，6為摩擦力傳導(dǎo)拉繩，7為放大演示立板，8為彈簧測(cè)力計(jì)，9為放大顯示刻度盤，10為指示針限位柱，11為摩擦力放大指示針，12為針輪輪轂，13為定滑輪,14為一組滑輪,15為調(diào)壓變速檔位開關(guān)，16為底座板，17為電池盒，18為一組電池。

【具體實(shí)施方式】
[0016]根據(jù)附圖進(jìn)一步描述本實(shí)用新型的實(shí)施例如下:
[0017]本實(shí)用新型提出的滑動(dòng)摩擦力教學(xué)演示儀，它主要由底座板16、配置于底座板16上的摩擦滑板3、摩擦滑塊4、直流微型減速電機(jī)1、放大演示立板7和配裝于放大演示立板7上的定滑輪13、摩擦力放大指示針11、放大顯示刻度盤9和彈簧測(cè)力計(jì)8構(gòu)成，在底座板16上配裝有電池盒17和調(diào)控直流微型減速電機(jī)I轉(zhuǎn)速的調(diào)壓變速檔位開關(guān)15，在電池盒17內(nèi)安裝四個(gè)1.5V的電池18，所述的調(diào)壓變速檔位開關(guān)15具有分別向直流微型減速電機(jī)I輸入6.0V、4.5V、3.0V和1.5V直流電壓的四個(gè)調(diào)壓變速檔位，在摩擦滑板3底面配裝有一組滑輪14并由一組滑輪14支承于底座板16上，將摩擦滑塊4平放于摩擦滑板3上即可與摩擦滑板3形成滑動(dòng)摩擦接觸面，在摩擦滑板3、摩擦滑塊4的端面分別連接牽引拉繩2、摩擦力傳導(dǎo)拉繩6，將牽引拉繩2的另一端連接于直流微型減速電機(jī)I轉(zhuǎn)軸，摩擦力傳導(dǎo)拉繩6依次繞套定滑輪13、摩擦力放大指示針11的針輪輪轂12后再將繩端掛裝于彈簧測(cè)力計(jì)8的拉鉤上，即可形成以輪轂半徑12為動(dòng)力臂長(zhǎng)、摩擦力放大指示針11長(zhǎng)度為阻力臂長(zhǎng)的“杠桿機(jī)構(gòu)”。在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)前，將摩擦滑塊4平放于摩擦滑板3上適當(dāng)位置并使摩擦力傳導(dǎo)拉繩6適當(dāng)張緊至彈簧測(cè)力計(jì)8為零的初始狀態(tài)即可，經(jīng)檢查無誤后，將調(diào)壓變速檔位開關(guān)15的旋鈕轉(zhuǎn)至“ON”檔位使直流微型減速電機(jī)I通電工作，直流微型減速電機(jī)I通過牽引拉繩2帶動(dòng)摩擦滑板3緩緩地向左作勻速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，在摩擦滑塊4與摩擦滑板3接觸面所產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力會(huì)通過摩擦力傳導(dǎo)拉繩6拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)8的掛鉤下移并顯示滑動(dòng)摩擦力的示值讀數(shù)，同時(shí)，摩擦力傳導(dǎo)拉繩6還會(huì)帶動(dòng)針輪輪轂12沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)并通過“杠桿機(jī)構(gòu)”使摩擦力放大指示針11作大弧長(zhǎng)偏轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，即可由摩擦力放大指示針11在放大顯示刻度盤9上標(biāo)指按比例放大的刻度示值供學(xué)生進(jìn)行觀察。在放大演示立板7上配裝的兩個(gè)指示針限位柱10對(duì)演示實(shí)驗(yàn)中作為阻力臂長(zhǎng)的摩擦力放大指示針11具有很好的轉(zhuǎn)動(dòng)限位功能。
[0018]在實(shí)際教學(xué)演示中，可在摩擦滑塊4上放置一定質(zhì)量數(shù)值的砝碼5進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即可通過增大摩擦滑塊4與摩擦滑板3接觸面的壓力來增大滑動(dòng)摩擦力，再經(jīng)“杠桿機(jī)構(gòu)”放大后，使其能進(jìn)一步增大摩擦力放大指示針11在放大顯示刻度盤9上的轉(zhuǎn)動(dòng)弧長(zhǎng)，特別有利于學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察，它對(duì)提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)的演示效果具有一定作用。
[0019]需要說明的是:可在摩擦滑板3上分別放置一組不同質(zhì)量數(shù)值的砝碼5進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，還可將摩擦滑塊4上面板做成具有較大粗糙度的表面分別進(jìn)行“正放”、“倒放”實(shí)驗(yàn)，即可定性驗(yàn)證“滑動(dòng)摩擦力大小與兩物體接觸面粗糙程度和壓力有關(guān)”的結(jié)論。
[0020]為更好地展示本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)效果，給出如下一組實(shí)驗(yàn)演示例:
[0021]實(shí)驗(yàn)演示例一:
[0022]實(shí)驗(yàn)演示的目的:定性驗(yàn)證“滑動(dòng)摩擦力的大小與兩物體接觸面擠壓力有關(guān)”的結(jié)論。
[0023]首先將摩擦滑塊4“正放”于摩擦滑板3上并使摩擦力傳導(dǎo)拉繩6適當(dāng)張緊至彈簧測(cè)力計(jì)8為零的初始狀態(tài)，在摩擦滑塊4上分別添加質(zhì)量為50g、100g、150g的砝碼5分別進(jìn)行三組實(shí)驗(yàn)，在這三組實(shí)驗(yàn)中都將調(diào)壓變速檔位開關(guān)15的旋鈕轉(zhuǎn)至“0N”檔位，使直流微型減速電機(jī)I在三組實(shí)驗(yàn)中都是以相同速度帶動(dòng)摩擦滑板3向左作勻速運(yùn)動(dòng)。由學(xué)生觀察并記錄三組實(shí)驗(yàn)中摩擦力放大指示針11在放大顯示刻度盤9上分別標(biāo)指的刻度示值。通過比較會(huì)發(fā)現(xiàn):破碼5的質(zhì)量越大,摩擦力放大指示針11在放大顯示刻度盤9上標(biāo)指的刻度示值也越大。至此即可得出:“滑動(dòng)摩擦力的大小與兩物體接觸面的壓力有關(guān)并隨壓力的增大而增大”的結(jié)論。
[0024]實(shí)驗(yàn)演示例二:
[0025]實(shí)驗(yàn)演示的目的:定性驗(yàn)證“滑動(dòng)摩擦力的大小與兩物體接觸面粗糙程度有關(guān)”的結(jié)論。
[0026]將摩擦滑塊4 “倒放”于摩擦滑板3上，即是說，使具有較大粗糙度的上板面與摩擦滑板3形成摩擦接觸面，再按“實(shí)驗(yàn)演示例一”所述的方式分別進(jìn)行三組實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生觀察并記錄放大顯示刻度盤9上分別標(biāo)指的滑動(dòng)摩擦力刻度示值并與“實(shí)驗(yàn)演示例一”的刻度示值相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行比較。我們通過比較發(fā)現(xiàn):在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下，兩物體接觸面的粗糙程度越大，滑動(dòng)摩擦力的刻度示值就越大。至此即可得出:“滑動(dòng)摩擦力的大小與兩物體接觸面的粗糙程度有關(guān)并隨粗糙度的增大而增大”的結(jié)論。
[0027]實(shí)驗(yàn)演不例二:
[0028]實(shí)驗(yàn)演示的目的:定性驗(yàn)證“滑動(dòng)摩擦力的大小與兩物體接觸面的面積大小無關(guān)”的結(jié)論。
[0029]將摩擦滑塊4按“側(cè)放”方式放置于摩擦滑板3上，由于摩擦滑塊4的側(cè)板面比底板面的面積小，即是說，摩擦滑塊4的側(cè)面與摩擦滑板3形成的接觸摩擦接觸面積較小，再按“實(shí)驗(yàn)演示例一”所述的方式分別進(jìn)行三組實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生觀察并記錄放大顯示刻度盤9上分別標(biāo)指的滑動(dòng)摩擦力刻度示值并與“實(shí)驗(yàn)演示例一”的刻度示值相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行比較。通過比較發(fā)現(xiàn):在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下，按接觸面積較小的“側(cè)放”與按接觸面積較大的“正放”方式進(jìn)行的對(duì)應(yīng)組別實(shí)驗(yàn)中的滑動(dòng)摩擦力的刻度示值是相等的。即可得出:“滑動(dòng)摩擦力的大小與兩物體接觸面的面積大小無關(guān)”的結(jié)論。
[0030]實(shí)驗(yàn)演示例四:
[0031]實(shí)驗(yàn)演示的目的:定性驗(yàn)證“滑動(dòng)摩擦力的大小與兩物體接觸面的相對(duì)滑動(dòng)速度快慢無關(guān)”的結(jié)論。
[0032]將摩擦滑塊4 “正放”于摩擦滑板3上并按“實(shí)驗(yàn)演示例一”所述的方式分別進(jìn)行三組實(shí)驗(yàn)，在每組實(shí)驗(yàn)中將調(diào)壓變速檔位開關(guān)15的旋鈕分別轉(zhuǎn)至“ I ”、“ΙΓ’、“ΙΙΓ的檔位，即可分別向直流微型減速電機(jī)I輸入4.5V、3.0V和1.5V直流電壓，使直流微型減速電機(jī)I以不同的速度帶動(dòng)摩擦滑板3向左作勻速滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。由學(xué)生觀察并記錄每組實(shí)驗(yàn)中摩擦滑板3以三種不同速度作勻速滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的滑動(dòng)摩擦力刻度示值，比較發(fā)現(xiàn):在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下，摩擦滑板3以不同速度作勻速滑動(dòng)產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力的刻度示值是相同的。至此即可得出:“滑動(dòng)摩擦力的大小與兩物體接觸面的相對(duì)滑動(dòng)速度快慢無關(guān)”的結(jié)論。
[0033]本實(shí)用新型經(jīng)中學(xué)物理教學(xué)試用表明:它能完美地演示“滑動(dòng)摩擦力大小只與兩物體接觸面粗糙程度和擠壓力有關(guān)，而與接觸面積大小和滑動(dòng)速度快慢無關(guān)”的力學(xué)現(xiàn)象和基本規(guī)律，在初中物理教學(xué)中具有很好的推廣應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種滑動(dòng)摩擦力教學(xué)演示儀，它包括底座板(16)、配置于底座板(16)上的摩擦滑板(3)、摩擦滑塊(4)和分別連接于摩擦滑板(3)、摩擦滑塊(4)的牽引拉繩(2)、摩擦力傳導(dǎo)拉繩(6)，其特征在于:在底座板(16)上固定安裝直流微型減速電機(jī)(I)、放大演示立板(7)，所述牽弓I拉繩(2 )的另一端連接于直流微型減速電機(jī)(I)的轉(zhuǎn)軸上，在放大演示立板(7 )上配裝有定滑輪(13)、摩擦力放大指示針(11)、放大顯示刻度盤(9)和彈簧測(cè)力計(jì)(8)，所述的摩擦力傳導(dǎo)拉繩(6)依次繞套于定滑輪(13)、摩擦力放大指示針(11)的針輪輪轂(12)，摩擦力傳導(dǎo)拉繩(6)的另一端掛裝于彈簧測(cè)力計(jì)(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動(dòng)摩擦力教學(xué)演示儀，其特征在于:在放大演示立板(7)上配裝有指示針限位柱(10 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滑動(dòng)摩擦力教學(xué)演示儀，其特征在于:在底座板(16)上配裝有調(diào)壓變速檔位開關(guān)(15)和電池盒(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滑動(dòng)摩擦力教學(xué)演示儀，其特征在于:在摩擦滑板(3)底面配裝有一組滑輪(14)。
【文檔編號(hào)】G09B23/10GK204010435SQ201420401701
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】汪志剛, 何光普, 李健, 李富剛 申請(qǐng)人:樂山師范學(xué)院