[发明专利]一种应用于教学中研究摩擦力的实验装置

说明书

本发明涉及一种应用于教学中研究摩擦力的实验装置，可应用于中学阶段所有与摩擦力相关的研究，包括多摩擦面底板、棱角圆滑型摩擦块、T型支架、拉力传感器、计算机。本发明的多摩擦面底板有三段不同粗糙程度的区域且一端末尾设有拉手或操作孔，多摩擦面底板穿过T型支架，拉力传感器与计算机连接并固定在T型支架上，棱角圆滑型摩擦块置于摩擦面上，具有结构简单，简化实验操作，降低系统误差等优点，通过拉力传感器和计算机采集处理数据，可以提高数据的准确性和实验的成功率，使数据更加科学，摩擦力表现更为形象直观，实现同时研究多种情况下的摩擦力。

技术领域

本发明涉及一种应用于教学中研究摩擦力的实验装置，尤其涉及探究影响滑动摩擦力大小的因素、测量水平运动物体所受的滑动摩擦力等实验，也涉及对滑动摩擦力和静摩擦力现象的观察和分析以及定量研究滑动摩擦力大小与压力大小的关系与测量动摩擦因数的实验。

背景技术

在中学物理教学中，义务教育物理课程标准（2011版）将“测量水平运动物体所受的滑动摩擦力”列为学生必做的实验项目，教学过程中“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验对于培养八年级学生初步的科学探究能力意义重大。普通高中物理课程标准(2017年版)将“知道滑动摩擦和静摩擦现象”、“能用动摩擦因数计算滑动摩擦力的大小”列为“相互作用与运动定律”部分的重要内容，教学中为了体现学生的自主探究，也常将定量研究滑动摩擦力大小与压力大小的关系与测量动摩擦因数的实验安排在教学过程中。分析当前众多相关实验装置发现存在一些缺陷，其问题主要有以下几个方面：

每探究一个影响滑动摩擦力大小的因素的猜想时，均需要多次更换实验器材，更换实验器材的过程中无法避免引入无关变量，操作繁琐低效，影响实验数据准确，对多个因素的探究过程就更为复杂和繁琐。

拉动摩擦块在摩擦面上滑动时不能保持匀速状态；弹簧测力计与摩擦块之间有拉力线牵连，当物块在摩擦面上滑动时难以保持在同一水平方向上沿同一直线滑动。

使用弹簧测力计时，弹簧测力计的拉杆与外壳之间存在摩擦，水平拉动时很难保证弹簧测力计内的弹簧轴线方向跟所测力的方向在一条直线上；另外实际操作中摩擦块在摩擦面上滑动时，当受到的力突然变化，会引起弹簧和物块抖动，两者间又会相互影响，因此弹簧测力计指针一直处于晃动状态，不仅读数困难，且弹簧测力计采集到的数据单一。

实验数据不连续，实验结果不直观，实验结论较为隐晦，导致探究实验在一定程度变成了“表演实验”。

使用形状规则的长方体作为摩擦块，实际操作中当摩擦块在较粗糙的摩擦面上滑动时容易卡顿导致上下抖动甚至停滞不前，影响实验的成功进行。

弹簧测力计与摩擦块之间有拉力线牵连，当摩擦块在摩擦面上滑动时难以保持在同一水平方向上沿同一直线滑动。

以长木板作为摩擦面为代表的传统装置长度较长，实验和收纳均需要很大空间，操作起来也不顺手；以带转轴的传送带为代表的现代化装置成本过高、结构过于复杂，应用于日常教学时，学生不易理解装置原理，导致学习中心偏向于研究实验装置而忽略了实验本身。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明根据二力平衡原理和牛顿第三定律，提供一种测量精确、实验操作n次可得3n组数据、结果可视化、结构简单、方便收纳，同时适用于探究影响滑动摩擦力大小的因素实验、静摩擦力大小与拉力大小的关系和探究动摩擦因数三个实验的一种应用于教学中研究摩擦力的实验装置。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种应用于教学中研究摩擦力的实验装置，包括多摩擦面底板、棱角圆滑型摩擦块、T型支架、拉力传感器、计算机、，所述的多摩擦面底板穿过所述的T型支架，所述的T型支架置于多摩擦面底板的起始端；所述的拉力传感器的钩环直接勾在所述的棱角圆滑型摩擦块的钩环上，所述的拉力传感器置于载物台上并固定在T型支架上，与计算机连接；所述的棱角圆滑型摩擦块的钩环勾在拉力传感器的钩环上，并置于多摩擦面底板上。