一种用于演示摩擦力变化的电动电子装置

贾鸿飞

摘 要：一种用于演示摩擦力变化的电动电子装置，包括底板、安装板和滑块，底板上端设置的安装板上固定摩擦板，在摩擦板的一端放置滑块，其特征在于：在摩擦板另一端安装一大齿轮，该大齿轮在同侧底板侧边安装的电机驱动下转动，在大齿轮一侧端面径向均布安装多个凸柱，任意一个凸柱连接一个牵引绳的一端，该牵引绳的另一端连接与大齿轮相对应的滑块端面所装的拉力传感器，该拉力传感器的输出端连接中央控制模块，该中央控制模块通过显示驱动模块连接底板侧边所装的显示屏，该中央控制模块通过电机驱动模块连接所述电机的控制端。

关键词：电动电子装置；固定摩擦板；拉力传感器；中央控制模块；电机驱动模块

中图分类号：TM359 文献标识码：A

1.背景技术

本装置涉及摩擦力变化实验设备改进技术领域，尤其是一种用于演示摩擦力变化的电动电子装置。本装置涉及摩擦力变化实验设备改進技术领域，尤其是一种用于演示摩擦力变化的电动电子装置。摩擦力是中学物理的重要学习内容，包括静摩擦力和滑动摩擦力，其中的静摩擦力是指当物体在另一个物体表面沿接触面的切线方向运动或有相对运动的趋势时，在两物体的接触面之间会产生阻碍它们相对运动或相对运动趋势的作用力，另外的滑动摩擦力是指当物体在另一个物体表面上相对滑动时，要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力。在理论结合实际中，较常使用如图3的设备，其结构是：包括底板16、安装板21、滑块18和弹簧称24，底板的一端安装竖板23，在竖板上竖直安装弹簧称的上端，弹簧称的吊钩下方的竖板上安装定滑轮25，在竖板旁侧的底板上通过螺栓19和垫圈20固定安装板，在安装板上固定摩擦板12，摩擦板上放置滑块，滑块连接的绳子绕过定滑轮下端后连接弹簧称下端安装的吊钩。但在实际中发现，教师向竖板反方向拖动滑块，在即将运动的一瞬间至开始运动，弹簧秤的读数会发生变化，学生通过观察可以了解静摩擦力和滑动摩擦力之间的变化情况，但弹簧秤的数值变化较小，教师较大时不易看清楚，有些人经过研究，将弹簧秤替换为量筒等大变化的器具，但使用中的仍然较小，不适合大教室使用，而且其量纲是高度数值变化，非常的不直观。

2.设计原理

本装置的目的在于克服现有技术的不足，提供自动进行演示且显示直观、便于学生学习的一种用于演示摩擦力变化的电动电子装置。

2.1 本装置采取的技术方案是：一种用于演示摩擦力变化的电动电子装置，包括底板、安装板和滑块，底板上端设置的安装板上固定摩擦板，在摩擦板的一端放置滑块，其特征在于：在摩擦板另一端安装一大齿轮，该大齿轮在同侧底板侧边安装的电机驱动下转动，在大齿轮一侧端面径向均布安装多个凸柱，任意一个凸柱连接一个牵引绳的一端，该牵引绳的另一端连接与大齿轮相对应的滑块端面所装的拉力传感器，该拉力传感器的输出端连接一中央控制模块，该中央控制模块通过显示驱动模块连接底板侧边所装的显示屏，该中央控制模块通过电机驱动模块连接所述电机的控制端。而且，所述基板侧边安装一气泡式水平仪。而且，所述基板的两侧边均安装两个支板，每个支板上均转动安装一调整螺杆。而且，所述电机的旋转轴同轴安装一小齿轮，该小齿轮外缘啮合连接所述大齿轮，小齿轮与大齿轮的直径比为1：10～20，在大齿轮的安装架上安装一旋转编码器，该旋转编码器的输出端连接所述中央控制模块。而且，所述拉力传感器与凸柱之间的牵引绳保持水平状态。

2.2本装置的优点和积极效果是：电机通过小齿轮驱动大齿轮转动，大齿轮端面上的凸柱不断地将牵引绳缠绕，并逐渐收紧牵引绳，拉力传感器的输出逐渐变大，直到牵引绳拉动滑块，在设置的采样时间间隔内采样的拉力的变化将在显示屏显示出来，能够检测滑块从将要运动到开始运动以及平稳滑动时的摩擦力的变化，使学生能够直观地观察到力的数值的变化，而且还可以将时间采样时间间隔采集到的不同数据绘制出曲线，显示数值直观、个头大，便于学生观察学习。

3.附图说明

图1是本装置的结构示意图；

图2是图1的原理图；

图3是现有技术的结构示意图。

4.具体实施方式

下面结合实施例，对本装置进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本装置的保护范围。

本装置使用时：

4.1安装一个摩擦板，将滑块放置在摩擦板一端，将拉力传感器和大齿轮上的任意一个凸柱连接好。

4.2调整4个调整螺杆，使气泡式水平仪的气泡位于中部。

4.3如果中央控制模块设置有键盘，可以预先设置采样的时间间隔和需要在显示屏上显示的数据，比如：实时拉力传感器的输出、实时拉力传感器的输出绘制的曲线等。

4.4启动电机，小齿轮带动大齿轮转动，刚开始时牵引绳处于松弛状态，不断被凸柱缠绕并收紧，最终将滑块平稳拉动，由于拉力传感器的持续输出，各个状态以及状态变化时的拉力的输出将显示到显示屏上。

4.5 除了以上实验，还可以更换不同摩擦板和不同接触面积的滑块，能让学生有更深刻的了解。

本装置中，电机通过小齿轮驱动大齿轮转动，大齿轮端面上的凸柱不断地将牵引绳缠绕，并逐渐收紧牵引绳，拉力传感器的输出逐渐变大，直到牵引绳拉动滑块，在设置的采样时间间隔内采样的拉力的变化将在显示屏显示出来，能够检测滑块从将要运动到开始运动、以及平稳滑动时的摩擦力的变化，使学生能够直观地观察到力的数值的变化，而且还可以将时间采样时间间隔采集到的不同数据绘制出曲线，显示数值直观、个头大，便于学生观察学习，而且实验过程自动完成，教师负担小，能够更关注在讲解上。

参考文献

[1]王冰，贾磊，张慧玲.机械制图[M].北京：航空工业出版社，2014.endprint