一種教學用動摩擦因數測試儀及相對的試驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種教學用動摩擦因數測試儀及相對的試驗方法，測試儀包括兩塊相同的長木板滑槽、一個金屬滑塊、一個光滑的短小圓弧滑槽以及兩個一大一小規格的螺旋支柱，其特征在于：兩長木板滑槽用光滑的短小圓弧滑槽相連接，圓弧采用摩擦系數極低的PTFE材料，在木板滑槽內壁兩側附有PTFE薄膜；并將圓弧通過預留的凹槽支在較小的螺旋支座上，同時一側木板與地面接觸，另一側用較大的螺旋支座通過預留的凹槽支起；螺旋支座可以調節木板角度和連接點的高度進而進行多次試驗，此外也可通過擺放滑塊于不同的位置來重復試驗，提高實驗準確性。本發明利用能量守恒的原理，對應的試驗方法簡化了現有試驗中數據處理繁瑣的問題，給教學試驗帶來便利。
【專利說明】
一種教學用動摩擦因數測試儀及相對的試驗方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種新型的教學用動摩擦因數測試儀及相對的試驗方法，是一種從能 量守恒角度出發的新型動摩擦因數測試儀，對應于該測試儀的試驗方法是一種更便捷、數 據處理也更簡單的試驗方法。
【背景技術】
[0002] 目前在大學力學實驗教學中最常見的動摩擦因數測試儀是使用光電管測量滑塊 通過兩個光電管之間所用時間，以求得滑塊的加速度，再通過加速度再求動摩擦因數。在現 有的試驗方法下，需要測量的量有滑塊通過兩光電管的時間T1和T2、改變光電管間距前后 的距離L1和L2:
?
[0004] 測量滑槽與平面所成角度
[0005] a = g(sin0-fcos0) ②
($
[0007] 由①③兩式聯立才可求得f值。
[0008] 由此可見在這種情況下所測數據過多且在一次試驗中就要改變一次光電管距離， 這使得試驗變得繁瑣且數據處理較為麻煩，同時由于所需數據較多所以很容易出錯，對教 學產生負面影響。在這種情況下，從能量角度出發采用新的試驗儀器和試驗方法可以大大 簡化試驗過程并降低數據處理難度。
【發明內容】
[0009] 為了克服現有教學中所采用的動摩擦因數測試儀器和試驗方法所帶來的種種問 題，實現降低實驗誤差、降低數據處理難度的目標，本發明提供了一種新型的教學用動摩擦 因數測試儀及相對的試驗方法，利用能量守恒的原理設計出實驗儀器，該套設備降低了實 驗儀器的購買成本，且簡化了操作，并為動摩擦因數的測定提供了另一個方向。
[0010]為實現上述目的，本發明的技術方案是：
[0011] -種教學用動摩擦因數測試儀，包括兩塊相同材料的長木板滑槽、一個金屬滑塊、 一個PTFE光滑圓弧滑槽以及兩個一大一小規格的螺旋支柱，其特征在于:兩長木板滑槽用 PTFE光滑圓弧滑槽相連接，并將PTFE光滑圓弧滑槽支在較小的螺旋支座上，同時一側木板 與地面接觸，另一側用較大的螺旋支座支起;PTFE光滑圓弧滑槽與木板滑槽的連接采用卯 榫結構使連接處能夠充分穩定；圓弧滑槽采用摩擦系數極低的PTFE材料，其與金屬滑塊的 摩擦可忽略不計，同時木板滑槽兩側均附有PTFE薄膜以減少滑塊與滑壁接觸而造成的能量 損失;螺旋支座可以調節木板角度和連接點的高度進而進行多次試驗，提高實驗準確性;在 螺旋支座支撐的位置，木板和滑槽各留一個尺寸合適的凹槽使得支座能夠穩定支撐。
[0012]由于PTFE材料具有極低的摩擦系數，因此滑塊與滑槽內壁的摩擦以及滑塊與PTFE 連接圓弧的摩擦可忽略不計。因此，整個實驗過程中有重力所做的功等于動摩擦力所做的 功。測量滑塊從右側木板頂點滑下至停止點的水平距離S，頂點至停止點的豎直距離H，設塊 木板滑槽的水平傾角分別為a和0，左側木板滑塊停止點與圓弧連接處距離為L1，高度差為 H1，水平距離為S1;右側起滑點與連接點的距離為L2，高度差為H2，水平距離為S2，即
[0013] mg(Hi+H2)-ymg(cosaLi+cos9L2) =0
[0014] 又因為cosaHi+cos 9H2 = S1+S2 = S; H1+H2 = H
[0015] 所以 y = H/S
[0016]相比于現用的實驗儀器及試驗方法，該試驗裝置去除了現有動摩擦因數測試儀中 的光電管，降低了成本；同時，該方法原理簡單，操作方便易行，給教學師生帶來極大的便 利，并為動摩擦因數的測定提供了另一個方向。
[0017] -種教學用動摩擦因數測試儀對應的試驗方法，其主要技術步驟如下：
[0018] 1)固定并調節兩個螺旋支座令木板傾角在一定的范圍內使得滑塊在滑下時能夠 停在左側木板上；
[0019] 2)將滑塊放在調節好的右側木板滑槽某點處，令其自由滑下；
[0020] 3)測量滑塊從右側木板頂點滑下至停止點的水平距離S，起滑點至停止點的豎直 距離H;
[0021 ] 4)由能量守恒可得 mgH-ymgS = 0,貝iJy=H/S。
[0022] 5)重復步驟1~4,多次試驗取平均值。
[0023] 新型的教學用動摩擦因數測試儀及相對的試驗方法利用能量守恒的原理，提供了 一種新的測量動摩擦因數的方向，試驗只需測量兩個數據滑塊從右側木板頂點滑下至停止 點的水平距離S和頂點至停止點的豎直距離H，簡化了現有的大學教學試驗中試驗儀器繁 瑣、數據處理不方便的問題。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本新型的教學用動摩擦因數測試儀。
[0025]圖中：1長木板滑槽、2PTFE光滑圓弧滑槽、3長木板滑槽、4小螺旋支座、5大螺旋支 座、6金屬滑塊。
[0026]圖2是長木板滑槽俯視圖。
[0027]圖中：7滑槽內壁，表面附有一層PTFE薄膜;8木板榫頭，用于與PTFE圓弧相接。
[0028] 圖3是PTFE光滑圓弧。
[0029] 圖中：9PTFE圓弧卯眼，用于與木板滑槽連接固定；10預留凹槽，用于固定螺旋支 座。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0031] 如圖1所示為本發明的結構示意圖。包括長木板滑槽1、光滑PTFE圓弧2、長木板滑 槽3、小螺旋支座4、大螺旋支座5、金屬滑塊6，其特征在于:木板滑槽1和木板滑槽3通過光滑 PTFE圓弧2相連接；圓弧采用摩擦系數極低的PTFE材料，在木板滑槽內壁兩側附有PTFE薄 膜;將圓弧2通過預留的凹槽支在較小的螺旋支座4上，同時一側木板與地面接觸，另一側用 較大的螺旋支座5通過預留的凹槽支起。
[0032] 采用該實驗儀器測量動摩擦因數的試驗方法，主要技術步驟如下：
[0033] 1)調節小螺旋支座4及大螺旋支座5令木板1和木板3傾角在一定的合適范圍內使 得滑塊在滑下時能夠停在左側木板1上；
[0034] 2)將滑塊6放在調節好的右側木板3端點處，令其自由滑下；
[0035] 3)測量滑塊從右側木板3頂點滑下至左側木板1停止點的水平距離S，頂點至停止 點的豎直距離H;
[0036] 4)由能量守恒可得mgH-ymgS = 0，貝丨Jy=H/S。
[0037] 5)重復步驟1~4,多次試驗取平均值。
【主權項】
1. 一種教學用動摩擦因數測試儀，包括兩塊長木板滑槽、小螺旋支座、大螺旋支座、 PTFE光滑圓弧滑槽以及金屬滑塊，其特征在于：兩長木板滑槽用PTFE光滑圓弧滑槽相連 接，并將PTFE光滑圓弧滑槽支在較小的螺旋支座上，同時一側木板與地面接觸，另一側用較 大的螺旋支座支起；圓弧滑槽采用摩擦系數極低的PTFE材料，其與金屬滑塊的摩擦可忽略 不計，同時木板滑槽兩側均附有PTFE薄膜以減少滑塊與滑壁接觸而造成的能量損失;在螺 旋支座支撐的位置，木板和滑槽各留一個尺寸合適的凹槽使得支座能夠穩定支撐。2. 根據權利要求1所述的一種教學用動摩擦因數測試儀，其特征在于兩長木板滑槽內 側槽壁均附著有PTFE薄膜。3. 根據權利要求1所述的一種教學用動摩擦因數測試儀，其特征在于兩個木板滑槽與 PTFE光滑圓弧滑槽通過卯榫結構相連接，有效保證連接的穩定性。4. 根據權利要求1所述的一種教學用動摩擦因數測試儀，其特征在于兩個螺旋支座可 以調節相應角度及高度，便于多次重復試驗。5. 根據權利要求1所述的一種教學用動摩擦因數測試儀的試驗方法，其主要技術步驟 如下： 1) 固定并調節兩個螺旋支座令木板傾角在一定的范圍內使得滑塊在滑下時能夠停在 左側木板上； 2) 將滑塊放在調節好的右側木板滑槽某點處，令其沿著木板凹槽自由滑下； 3) 測量滑塊從右側木板頂點滑下至停止點的水平距離S，起滑點至停止點的豎直距離 H； 4) 由能量守恒可得mgH-ymgS=0,貝iJy=H/S; 5) 重復步驟1~4,多次試驗取平均值。
【文檔編號】G09B23/08GK105894912SQ201610247869
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】宋順翔, 王保光, 沈揚
【申請人】河海大學