一種可直觀顯示摩擦力方向的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種摩擦力實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是能直觀顯示摩擦力方向的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦力是高中物理教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)之一，而做勻速圓周運(yùn)動轉(zhuǎn)盤上的物體受到的摩擦力方向沿半徑指向圓心，更是教學(xué)中的難點(diǎn)，特別是這個結(jié)論與直線運(yùn)動中的物體受到的摩擦力方向總是與物體的運(yùn)動方向在同一直線上形成鮮明矛盾，讓許多學(xué)生無法理解。諸多教師對這一內(nèi)容也是束手無策，只能更加結(jié)論化，即勻速圓周運(yùn)動的物體需要一個指向圓心的力來反推摩擦力的方向。顯然，這是一種解釋方法，但是，對于物理認(rèn)識還比較初淺的高一學(xué)生，沒有直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，難以直觀判斷該摩擦力的方向，缺少親身體驗(yàn)，影響教學(xué)質(zhì)量。要突破這一難點(diǎn)的最好方法就是通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓勻速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤上的物體受到的摩擦力方向能直觀地沿半徑指向圓心，從而獲得親身體驗(yàn)，加深理解。目前，在高中物理課堂教學(xué)中，沒有涉及轉(zhuǎn)盤上物體受到摩擦力方向的演示實(shí)驗(yàn)裝置，也有諸多設(shè)計(jì)者針對這一難點(diǎn)設(shè)計(jì)很多實(shí)驗(yàn)，但效果不佳。比如專利號為CN102466530A，名稱為“摩擦力儀”的中國實(shí)用新型專利，該裝置只能適用于直線運(yùn)動的物體受到靜摩擦力或動摩擦力的演示，無法適用于勻速圓周運(yùn)動的物體受到摩擦力的演示。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種可直觀顯示勻速圓周運(yùn)動的物體受到摩擦力方向的實(shí)驗(yàn)裝置，同時該實(shí)驗(yàn)裝置同樣適用于直線運(yùn)動的物體受到靜摩擦力或動摩擦力方向的演示。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種可直觀顯示摩擦力方向的實(shí)驗(yàn)裝置，包括殼體與底座，所述殼體的底部通過彈性橡皮膜固定在底座的上表面，所述殼體的頂部設(shè)置有透明顯示盤，所述殼體內(nèi)固定有不倒翁，所述不倒翁豎直設(shè)置，所述不倒翁內(nèi)沿中心軸方向向上延伸設(shè)置有第一連桿，所述第一連桿的頂端設(shè)置有第一激光二極管，所述不倒翁的底部沿中心軸方向向下延伸設(shè)置有第二連桿，所述第二連桿的底端穿過底座上表面開設(shè)的通孔伸入底座內(nèi)，所述第二連桿的底端設(shè)有導(dǎo)電部；所述底座內(nèi)設(shè)置有電源和一個以上的導(dǎo)電片，所述導(dǎo)電部與電源的其中一個電極電連接，所述一個以上的導(dǎo)電片以第二連桿為中心軸設(shè)置在導(dǎo)電部的周側(cè)且分別與電源的另一個電極電連接，每個導(dǎo)電片與電源的連接線路上均設(shè)置有第二激光二極管，所述第二激光二極管設(shè)置在與對應(yīng)線路上的導(dǎo)電片同側(cè)的底座的側(cè)面上且與導(dǎo)電部、對應(yīng)線路上的導(dǎo)電片呈直線排列。
[0006]進(jìn)一步的，所述不倒翁的底部支承在底座的上表面上。
[0007]進(jìn)一步的，所述不倒翁的底部與底座的上表面之間設(shè)置有墊塊，所述墊塊上開設(shè)有供第二連桿穿過的通孔。
[0008]進(jìn)一步的，所述第一連桿的頂端設(shè)置有配重臺，所述第一激光二極管設(shè)置在配重臺上。
[0009]進(jìn)一步的，所述第一激光二極管內(nèi)配置有鋰電池。
[0010]進(jìn)一步的，所述第二連桿由金屬材質(zhì)制成，所述導(dǎo)電部通過連接在第二連桿上的導(dǎo)線與電源的其中一個電極電連接。
[0011]進(jìn)一步的，所述底座內(nèi)設(shè)置有配重塊。
[0012]進(jìn)一步的，所述殼體由剛性輕質(zhì)材料制成。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0014](I)引入激光光線，能讓學(xué)生清楚觀察到做勻速圓周運(yùn)動的物體受到的摩擦力方向沿半徑指向圓心。
[0015](2)本實(shí)用新型裝置滿足摩擦力產(chǎn)生原理，不僅適用于研宄曲線運(yùn)動的物體受到摩擦力，也適用于做直線運(yùn)動的物體受到的摩擦力；不僅適用于研宄靜摩擦力，也適用于研宄滑動摩擦力，能有效幫助學(xué)生掌握摩擦力這一抽象概念。
[0016](3)具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯直觀，穩(wěn)定性好，可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；引入激光，能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。
【附圖說明】
[0017]圖1所示為本實(shí)用新型實(shí)施方式的可直觀顯示摩擦力方向的實(shí)驗(yàn)裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2所示為本實(shí)用新型實(shí)施方式的可直觀顯示摩擦力方向的實(shí)驗(yàn)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3所示為本實(shí)用新型實(shí)施方式的可直觀顯示摩擦力方向的實(shí)驗(yàn)裝置做勻速圓周運(yùn)動時的演示效果圖。
[0020]標(biāo)號說明:
[0021]1-殼體；2_底座；3_彈性橡皮膜；4_透明顯不盤；5_不倒翁；6_第一連桿；7_第一激光二極管；8_第二連桿；9_電源；10-導(dǎo)電片；11-第二激光二極管；12_轉(zhuǎn)盤；13_墊塊；14-配重臺；21_配重塊；80_導(dǎo)電部。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖予以說明。
[0023]本實(shí)用新型最關(guān)鍵的構(gòu)思在于:采用不倒翁和激光二極管來演示物體運(yùn)動時受到的摩擦力方向。
[0024]具體的，請參照圖1與圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施方式的可直觀顯示摩擦力方向的實(shí)驗(yàn)裝置，包括殼體I與底座2，所述殼體I的底部通過彈性橡皮膜3固定在底座2的上表面，所述殼體I的頂部設(shè)置有透明顯示盤4，所述殼體I內(nèi)固定有不倒翁5，所述不倒翁5豎直設(shè)置，所述不倒翁5內(nèi)沿中心軸方向向上延伸設(shè)置有第一連桿6，所述第一連桿6的頂端設(shè)置有第一激光二極管7，所述不倒翁5的底部沿中心軸方向向下延伸設(shè)置有第二連桿8，所述第二連桿8的底端穿過底座2上表面開設(shè)的通孔伸入底座2內(nèi)，所述第二連桿8的底端設(shè)有導(dǎo)電部80 ;所述底座2內(nèi)設(shè)置有電源9和一個以上的導(dǎo)電片10，所述導(dǎo)電部80與電源9的其中一個電極電連接，所述一個以上的導(dǎo)電片10以第二連桿8為中心軸設(shè)置在導(dǎo)電部80的周側(cè)且分別與電源9的另一個電極電連接，每個導(dǎo)電片10與電源9的連接線路上均設(shè)置有第二激光二極管11，所述第二激光二極管11設(shè)置在與對應(yīng)線路上的導(dǎo)電片10同側(cè)的底座2的側(cè)面上且與導(dǎo)電部80、對應(yīng)線路上的導(dǎo)電片10呈直線排列。
[0025]如圖3所示，本實(shí)用新型的演示過程如下:
[0026]將本裝置放置在勻速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤12上，本裝置由于受到摩擦力作用，一起做勻速圓周運(yùn)動。本裝置的底座2底面受到摩擦力作用與轉(zhuǎn)盤12保持相對靜止，而上部分的不倒翁5由于慣性，向外傾倒。此時，可觀察到兩個明顯實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:其一，殼體I頂部的透明顯示盤4上的激光光斑(由第一激光二極管7發(fā)出的激光光線照射在透明顯示盤4上形成)向外偏移，說明此時裝置的相對運(yùn)動趨勢向外；其二，底座2內(nèi)部，第二連桿8由于與不倒翁5固定連接，將向不倒翁5傾倒方向的反方向偏轉(zhuǎn)，第二連桿8底端的導(dǎo)電部80與反方向上的導(dǎo)電片10接觸，接通電路，使得反方向上的第二激光二極管11發(fā)出光線且沿轉(zhuǎn)盤12的半徑指向轉(zhuǎn)盤12的圓心，說明此時裝置受到的摩擦力方向是沿轉(zhuǎn)盤12的半徑指向轉(zhuǎn)盤12的圓心。上述兩個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明顯。
[0027]當(dāng)實(shí)驗(yàn)完成之后，轉(zhuǎn)盤12停止轉(zhuǎn)動，裝置也隨之停止勻速圓周運(yùn)動，保持靜止?fàn)顟B(tài)，不倒翁5恢復(fù)豎直狀態(tài)，透明顯示盤4上的激光光斑回到中心處，同時第二連桿8底端的導(dǎo)電部80與導(dǎo)電片10分離，電路斷開，第二激光二極管11自動熄滅。而殼體I底部與底座2連接處的彈性橡皮膜3起到固定和恢復(fù)原狀的作用。
[0028]在上述實(shí)施方式中，導(dǎo)電片10和第二激光二極管11的數(shù)量可以為一個以上，當(dāng)數(shù)量各為一時，調(diào)整本裝置的放置位置，使導(dǎo)電片10和第二激光二極管11位于不倒翁5傾倒方向的反方向上，即可直觀明顯的觀察到上述兩個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的。本實(shí)用新型優(yōu)選的在底座2的前、后、左、右四個方向上分別安裝一個激光二極管11 (對應(yīng)的，導(dǎo)電片10的數(shù)量也為四，分別設(shè)置在導(dǎo)電部80的前、后、左、右四個方向上)，目的在于說明勻速轉(zhuǎn)盤12上的物體受到的摩擦力方向是沿半徑指向圓心，即只有面向圓心方向的激光二極管有發(fā)光，而其他方向均無光線，特別是左右兩個方向沒有光線，說明裝置受到的摩擦力方向不是與速度方向共線即軌跡的切線方向。當(dāng)然，本實(shí)用新型還可以設(shè)置更多數(shù)量的導(dǎo)電片10和第二激光二極管11，使本裝置在放置時無需考慮方位，簡化操作。
[0029]在上述實(shí)施方式中，第二連桿8的底端穿過底座2上表面開設(shè)的通孔伸入底座2內(nèi)?？梢岳斫?，由于第二連桿8在裝置運(yùn)動過程中需要偏轉(zhuǎn)并使底端的導(dǎo)電部80與導(dǎo)電片10接觸，因此該通孔的大小必須提供第二連桿8足夠的偏轉(zhuǎn)空間，使導(dǎo)電部80能夠偏轉(zhuǎn)到與導(dǎo)電片10接觸的