本發(fā)明涉及一種摩擦力實驗器，屬于教學實驗器材
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：摩擦力是指當一個物體在另一個物體的表面上相對運動(或有相對運動的趨勢)時，受到的阻礙相對運動(或阻礙相對運動趨勢)的力。影響摩擦力因素較多，如：接觸面上所受的壓力、接觸面的粗糙度、物體的運動方向和接觸面大小以及接觸面材料組成等有關(guān)。為了讓學生深入理解影響摩擦力的因素，摩擦力研究演示裝置應運而生。從現(xiàn)有摩擦力實驗裝置來看，主要采用彈簧秤拉動一個物塊在一個平板上做勻速運動，通過更換不同粗糙程度的平板，測出該物塊在相同速度下所需要的拉力，從而得出影響摩擦力的因素。從現(xiàn)有的實驗裝置看來，主要存在以下幾個問題：①測量不夠精確，由于摩擦力較小而彈簧秤精度較低直接影響測量。②人為因素較多，如：測量過程中應該保持物體的運動為勻速，而無論用人力或砝碼、滑輪拉動很難做到勻速運動。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于：針對上述問題，提供一種實驗器，可以準確測量出摩擦力的數(shù)值，便于研究摩擦力與小車質(zhì)量、接觸面粗糙程度的關(guān)系，不僅測量精確度高，而且器材構(gòu)造簡單，攜帶方便。為了達到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：還包括設(shè)于軌道端部的電機，所述電機通過牽引線牽拉小車；所述小車內(nèi)部設(shè)置相互電性連接的電池、霍爾傳感器與力傳感器，所述軌道內(nèi)嵌有至少兩個磁鐵，所述磁鐵沿小車運動軌跡間隔分布于軌道中段。軌道端部的電機通過牽引線拉動小車運動，可以精確控制小車的運動狀態(tài)，相比與人力手動拉動小車使其勻速運動而言，可操作性更強，并且測量精確度更高。小車內(nèi)部的力傳感器、霍爾傳感器與軌道內(nèi)鑲嵌的磁鐵配合使用，用以測量一定位置處小車所受到的拉力，進而推算出小車所受摩擦力。當小車運動至磁鐵位置處時，霍爾傳感器檢測到強磁性，力傳感器則測定該時刻的拉力。磁鐵分布于軌道中段，由于軌道中段范圍內(nèi)小車一般處于勻速運動狀態(tài)，則該范圍內(nèi)取點采集數(shù)據(jù)取值比較準確。由于多個采集點有助于降低測量誤差，所以磁鐵數(shù)量至少兩個。進一步地，所述軌道長度為500mm，所述磁鐵設(shè)置于軌道中段距軌道中軸長度100mm的距離之內(nèi)。電機驅(qū)動小車，則小車啟動時，需要經(jīng)過一定的緩沖距離調(diào)整為勻速運動，經(jīng)試驗，當小車啟動后，運動150mm的緩沖距離之后已經(jīng)完成從加速到勻速過程，而后進入到剩余350mm的勻速階段，此時的摩擦力數(shù)值較為穩(wěn)定，磁鐵設(shè)置在軌道中段200mm的范圍之內(nèi)，則可多處取點測量，取平均值測算拉力，降低誤差。進一步地，所述軌道端部還設(shè)有與電機電性連接的用于檢測小車位置的距離傳感器，所述小車上與距離傳感器對應的位置處設(shè)有反光片。距離傳感器配合小車上的反光片可以探測小車的位置，當小車進入一定范圍內(nèi)，則距離傳感器采集到信號，電機即可停止運轉(zhuǎn)，小車隨即停止運動。進一步地，所述小車頂部設(shè)有配重槽，所述配重槽內(nèi)放置配重塊。配重塊為了研究小車質(zhì)量,即接觸面上所受壓力與摩擦力的關(guān)系，可根據(jù)實驗需要選取不同重量的配重塊，而配重塊放在配重槽內(nèi)則可防止配重塊滑落。進一步地，所述軌道表面設(shè)有可拆卸的摩擦面。采用該設(shè)計便于更換不同摩擦系數(shù)的摩擦面，探究摩擦面粗糙程度與摩擦力大小的關(guān)系。進一步地，所述小車內(nèi)部設(shè)有用于向計算機傳送數(shù)據(jù)的無線通信裝置。該無線通信裝置可以把采集到的數(shù)據(jù)傳送至計算機，從而得到小車拉力數(shù)值。無線的傳輸模式使得本實驗器結(jié)構(gòu)簡單輕巧，無需雜亂的數(shù)據(jù)線。本發(fā)明的優(yōu)點如下：1.實驗器材簡單輕巧，無雜亂的數(shù)據(jù)線，攜帶方便；使用時，無需花費過多時間組裝；便于課堂演示；2.該實驗器材采用電機控制小車勻速運動，測量精確度高，并且配備距離傳感器，可自動控制電機停轉(zhuǎn)，從而制動小車；3.小車內(nèi)部的霍爾傳感器與軌道上固定的多個磁鐵相互感應配合，測定特定位置處小車所受拉力，并且一次運動過程可得多組數(shù)據(jù)，誤差小、測量精度高。附圖說明下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明，其中：圖1為實施例一結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施例一小車結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實施例一軌道結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1小車，2軌道，3摩擦面，4牽引線，5距離傳感器，6霍爾傳感器，7圓柱磁鐵，8配重塊，9電機，10力傳感器，11反光片，12PCB板，13電池。具體實施方式實施例一為了更好地理解本發(fā)明，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。如圖1所示，該實驗器包括長板狀的直線軌道2，軌道上表面可拆卸地固定一層摩擦面3，使用時可更換不同種類的摩擦面，用以研究摩擦面粗糙程度與小車1所受摩擦力的關(guān)系。小車1放置在摩擦面3上并且在其上沿其軸線滑動。如圖2所示，小車1內(nèi)部設(shè)有通過PCB板12相互電性連接的電池13、力傳感器10與一對霍爾傳感器6，還設(shè)有藍牙。霍爾傳感器用于感應軌道內(nèi)的圓柱磁鐵7，力傳感器用于測定小車所受拉力。小車外部還設(shè)有反光片11.小車1前端固定牽引線4，牽引線4處于受力狀態(tài)時，與軌道2的軸線平行，這樣保證小車1在軌道上始終能沿直線方向運動，保持一種比較標準的勻速直線運動狀態(tài)。軌道2端部設(shè)有相互電性連接電機9、距離傳感器5，電機9用于牽拉牽引線4控制小車運動，距離傳感器5配合小車外部的反光片11監(jiān)測小車運動位置，當小車接近終點時，電機停轉(zhuǎn)，小車停止。如圖3所示，軌道2中段內(nèi)鑲嵌兩個圓柱磁鐵7，二者相距L1＝200mm，并且二者的連線與軌道軸線平行。軌道長度500mm，經(jīng)試驗，小車運動的前一段距離L2＝150mm范圍內(nèi)，小車可以由加速運動轉(zhuǎn)換成勻速運動，后段距離L3＝350mm內(nèi)，則小車處于勻速直線運動狀態(tài)。小車內(nèi)部的霍爾傳感器可感應軌道上的圓柱磁鐵位置，當小車1運動到圓柱磁鐵7處時，則霍爾傳感器6與力傳感器10配合，采集小車當下所受拉力并且通過藍牙傳送給計算機，計算機將實驗數(shù)據(jù)顯示出來，供課堂演示。小車一次運動過程可經(jīng)過兩個圓柱磁鐵7采集到兩組摩擦力數(shù)據(jù)，計算機將這兩組數(shù)據(jù)取平均值，以減少實驗誤差。小車頂部還可以放置配重塊8，用于研究小車質(zhì)量與摩擦力的關(guān)系，可根據(jù)實驗需要選取不同重量的配重塊，而配重塊8放在配重槽內(nèi)則可防止配重塊滑落。演示時，首先打開電機，電機運轉(zhuǎn)通過牽引線牽拉小車運動，控制小車1作勻速直線運動，小車經(jīng)過軌道2上的兩處圓柱磁鐵7后，測得兩組數(shù)據(jù)通過藍牙傳送給計算機，計算機取兩數(shù)據(jù)的平均值。當小車運動至接近終點處時，距離傳感器5感應到小車的靠近則控制電機停轉(zhuǎn)，小車1隨即停止。還可更換不同的摩擦面3以及放置不同重量的配重塊8，用于研究影響摩擦力大小的因素。下列表格(表1)為采用該小車演示運動規(guī)律的實驗數(shù)據(jù)：表1條件第一次摩擦力值(N)第二次摩擦力值(N)第三次摩擦力值(N)平均值(N)配重塊10.380.370.370.37配重塊20.510.500.490.50摩擦面10.720.720.710.72摩擦面21.051.020.991.02如上述實驗結(jié)果表格，由表1可以看出：在其他條件相同的情況下，小車配重越大，摩擦面越粗糙，其所受摩擦力越大。實施例二軌道中段L1長度范圍內(nèi)以50mm間距均勻間隔分布四個圓柱磁鐵，則一次運動過程可測算出4組數(shù)據(jù)，進一步降低誤差，提高準確度。本實施例其余部分同實施例一。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3