賈鴻飛

摘 要：一種用于演示摩擦力變化的電動電子裝置，包括底板、安裝板和滑塊，底板上端設置的安裝板上固定摩擦板，在摩擦板的一端放置滑塊，其特征在于：在摩擦板另一端安裝一大齒輪，該大齒輪在同側底板側邊安裝的電機驅動下轉動，在大齒輪一側端面徑向均布安裝多個凸柱，任意一個凸柱連接一個牽引繩的一端，該牽引繩的另一端連接與大齒輪相對應的滑塊端面所裝的拉力傳感器，該拉力傳感器的輸出端連接中央控制模塊，該中央控制模塊通過顯示驅動模塊連接底板側邊所裝的顯示屏，該中央控制模塊通過電機驅動模塊連接所述電機的控制端。

關鍵詞：電動電子裝置；固定摩擦板；拉力傳感器；中央控制模塊；電機驅動模塊

中圖分類號：TM359 文獻標識碼：A

1.背景技術

本裝置涉及摩擦力變化實驗設備改進技術領域，尤其是一種用于演示摩擦力變化的電動電子裝置。本裝置涉及摩擦力變化實驗設備改進技術領域，尤其是一種用于演示摩擦力變化的電動電子裝置。摩擦力是中學物理的重要學習內(nèi)容，包括靜摩擦力和滑動摩擦力，其中的靜摩擦力是指當物體在另一個物體表面沿接觸面的切線方向運動或有相對運動的趨勢時，在兩物體的接觸面之間會產(chǎn)生阻礙它們相對運動或相對運動趨勢的作用力，另外的滑動摩擦力是指當物體在另一個物體表面上相對滑動時，要受到另一個物體阻礙它相對滑動的力。在理論結合實際中，較常使用如圖3的設備，其結構是：包括底板16、安裝板21、滑塊18和彈簧稱24，底板的一端安裝豎板23，在豎板上豎直安裝彈簧稱的上端，彈簧稱的吊鉤下方的豎板上安裝定滑輪25，在豎板旁側的底板上通過螺栓19和墊圈20固定安裝板，在安裝板上固定摩擦板12，摩擦板上放置滑塊，滑塊連接的繩子繞過定滑輪下端后連接彈簧稱下端安裝的吊鉤。但在實際中發(fā)現(xiàn)，教師向豎板反方向拖動滑塊，在即將運動的一瞬間至開始運動，彈簧秤的讀數(shù)會發(fā)生變化，學生通過觀察可以了解靜摩擦力和滑動摩擦力之間的變化情況，但彈簧秤的數(shù)值變化較小，教師較大時不易看清楚，有些人經(jīng)過研究，將彈簧秤替換為量筒等大變化的器具，但使用中的仍然較小，不適合大教室使用，而且其量綱是高度數(shù)值變化，非常的不直觀。

2.設計原理

本裝置的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供自動進行演示且顯示直觀、便于學生學習的一種用于演示摩擦力變化的電動電子裝置。

2.1 本裝置采取的技術方案是：一種用于演示摩擦力變化的電動電子裝置，包括底板、安裝板和滑塊，底板上端設置的安裝板上固定摩擦板，在摩擦板的一端放置滑塊，其特征在于：在摩擦板另一端安裝一大齒輪，該大齒輪在同側底板側邊安裝的電機驅動下轉動，在大齒輪一側端面徑向均布安裝多個凸柱，任意一個凸柱連接一個牽引繩的一端，該牽引繩的另一端連接與大齒輪相對應的滑塊端面所裝的拉力傳感器，該拉力傳感器的輸出端連接一中央控制模塊，該中央控制模塊通過顯示驅動模塊連接底板側邊所裝的顯示屏，該中央控制模塊通過電機驅動模塊連接所述電機的控制端。而且，所述基板側邊安裝一氣泡式水平儀。而且，所述基板的兩側邊均安裝兩個支板，每個支板上均轉動安裝一調整螺桿。而且，所述電機的旋轉軸同軸安裝一小齒輪，該小齒輪外緣嚙合連接所述大齒輪，小齒輪與大齒輪的直徑比為1：10～20，在大齒輪的安裝架上安裝一旋轉編碼器，該旋轉編碼器的輸出端連接所述中央控制模塊。而且，所述拉力傳感器與凸柱之間的牽引繩保持水平狀態(tài)。

2.2本裝置的優(yōu)點和積極效果是：電機通過小齒輪驅動大齒輪轉動，大齒輪端面上的凸柱不斷地將牽引繩纏繞，并逐漸收緊牽引繩，拉力傳感器的輸出逐漸變大，直到牽引繩拉動滑塊，在設置的采樣時間間隔內(nèi)采樣的拉力的變化將在顯示屏顯示出來，能夠檢測滑塊從將要運動到開始運動以及平穩(wěn)滑動時的摩擦力的變化，使學生能夠直觀地觀察到力的數(shù)值的變化，而且還可以將時間采樣時間間隔采集到的不同數(shù)據(jù)繪制出曲線，顯示數(shù)值直觀、個頭大，便于學生觀察學習。

3.附圖說明

圖1是本裝置的結構示意圖；

圖2是圖1的原理圖；

圖3是現(xiàn)有技術的結構示意圖。

4.具體實施方式

下面結合實施例，對本裝置進一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本裝置的保護范圍。

本裝置使用時：

4.1安裝一個摩擦板，將滑塊放置在摩擦板一端，將拉力傳感器和大齒輪上的任意一個凸柱連接好。

4.2調整4個調整螺桿，使氣泡式水平儀的氣泡位于中部。

4.3如果中央控制模塊設置有鍵盤，可以預先設置采樣的時間間隔和需要在顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)，比如：實時拉力傳感器的輸出、實時拉力傳感器的輸出繪制的曲線等。

4.4啟動電機，小齒輪帶動大齒輪轉動，剛開始時牽引繩處于松弛狀態(tài)，不斷被凸柱纏繞并收緊，最終將滑塊平穩(wěn)拉動，由于拉力傳感器的持續(xù)輸出，各個狀態(tài)以及狀態(tài)變化時的拉力的輸出將顯示到顯示屏上。

4.5 除了以上實驗，還可以更換不同摩擦板和不同接觸面積的滑塊，能讓學生有更深刻的了解。

本裝置中，電機通過小齒輪驅動大齒輪轉動，大齒輪端面上的凸柱不斷地將牽引繩纏繞，并逐漸收緊牽引繩，拉力傳感器的輸出逐漸變大，直到牽引繩拉動滑塊，在設置的采樣時間間隔內(nèi)采樣的拉力的變化將在顯示屏顯示出來，能夠檢測滑塊從將要運動到開始運動、以及平穩(wěn)滑動時的摩擦力的變化，使學生能夠直觀地觀察到力的數(shù)值的變化，而且還可以將時間采樣時間間隔采集到的不同數(shù)據(jù)繪制出曲線，顯示數(shù)值直觀、個頭大，便于學生觀察學習，而且實驗過程自動完成，教師負擔小，能夠更關注在講解上。

參考文獻

[1]王冰，賈磊，張慧玲.機械制圖[M].北京：航空工業(yè)出版社，2014.endprint