理论力学摩擦力实验报告.doc

理论力学实验
——摩擦实验

实验人： 学号：
实验时间：

一、实验目的
测定木与铁之间的静滑动摩擦系数。
‚测定木与铁之间的动滑动摩擦系数
ƒ测定当滑块高度较大时，在斜面上保持平衡所需的最大与最小荷载并作受力分析。
④使学生更好地理解摩擦本质并提高学生的感性认识。

二、实验装置与仪器
●装置
MC50摩擦实验装置
SANLINA CS-Z 智能数字测试器
1.滑道角度显示仪2、手动微调按钮3、电动调节按钮4、电动调节角度）5、角度调节电源开关6、光电门7、滑道8、手动微调9、计时器显示仪10、计时器操作键 11、光电门接入端口12、计时器电源开关13、活动平台调节仪14、活动平台
●仪器
砝码、铁块（680g、30×30×100mm）、滑轮、托盘等。

三、实验内容
通过改变斜面倾角测量不同材料间的静摩擦系数。
‚通过测滑块的平均加速度，测动摩擦系数。
ƒ当滑块较高时，加不同载荷时，在其自重作用下，测定滑块向下翻和滑动的最大倾角及滑块向上翻和滑动的最大倾角。

四、实验原理
滑动摩擦系数计算公式推导
假设质量为m的滑块沿滑道ϕ，以沿滑道向下的方向为x轴方向，垂直于滑道向上的方向为y轴方向，其受力分析右图所示。由于静摩擦系数 fs= tanθ(θ为摩擦角)，因此当ϕ>θ 时，滑块可沿滑道下滑。下面导出动摩擦系数的表达式。
∑ Fy=0， N=mgcosϕ
∑ Fx=ma，ma=mgsinϕ-Nfd
解得动摩擦系数的计算公式：Fd=tanϕ-a/（gcosϕ）
五、实验操作
1. 静摩擦系数实验
a、调整好滑道倾角角度以滑块放在滑道上不下滑时为准；
b、旋转手动微调按钮，将滑道的倾角慢慢调大，直到滑块达到将滑未滑时止，记下此时的滑道倾角，即为滑块的摩擦角；
c、将所测得的倾角代人静摩擦系数公式，即可得到所测两物理间静摩擦系数。
2. 动摩擦系数实验
(a)、调整好滑道倾角角度，在滑块上安装好挡光片。并使挡光片正好从光电门支架中穿过。
(b)、调节活动平板按钮，使得活动平板与滑道在同一平面内。
(c)、接通测时器的电源，待键盘板显示 HELLO 时，在键盘板上按“择”键，应出现：1pr，以后每按一次选择键应分别出现：2pr、3—V、4—V、5A。当显示是 5A 时，停止按“选择”键。再按执行键，等待光电门 A 和 B 的二次挡光。
(d)、将装有开口挡光片的滑块放在活动平板上，放开手后让其顺着滑道下滑，挡光片通过光电门 A 和 B 后，出现数据显示，即 VB，按选择键显示 VA，再按选择键交替显示 VB、VA；按执行键则显示ā（按该键后，则 VB、VA 清除）即为滑块的平均加速度ā。
(e)、记下此时的平均加速度ā和滑道的倾角并代人到动摩擦系数的计算公式即可求得二种介质之间的动摩擦系数。
3. 滑块上下滑动和翻倒实验
(a) 打开滑道调节机构的总电源，并按下电动调节按钮③，逆时针旋转按钮④，将滑道倾角调整到适当的角度。
(b) 利用活动平台调节仪将活动平台调节至水平，并将将定滑轮安装在活动平台上。
(c) 将与托盘相连的线穿过活动平台的孔洞，并绕过滑轮，将线的另一端系在滑块上。
(d) 在托盘里放一定重量的砝码，使得滑块在滑道上保持静止，然后再慢慢的增加（或减少）砝码，直到滑块开始向上（或向下）滑道或翻到为止，记下此时的砝码重量。
六、实验数据记录及处理
1)、木与铁之间的静摩擦系数测定
测试次数
１
２
３
４
５
６
７
８
９
１０
实测值ϕ（度）
9.11
9.10
9.12
9.11
9.14
9.14
9.12
9.13
9.23
9.11
实验值fs
0.160
0.160
0.161
0.160
0.161
0.161
0.161
0. 161
0.163
0.160
静摩擦系数的统计平均值（去掉最大与最小值后平均） fs= 0.161

2)、不同材料之间的动摩擦系数测定（g取9.8m/）
测试次数
ϕ
tanϕ
cosϕ
a
fd
１
30.02
0.578
0.866
0.421
0.528
２
30.02
0.578
0.866
0.422
0.528
３
30.02
0.578
0.866
0.390
0.532
４
30.02
0.578
0.866
0.466
0.523
５
30.02
0.578
0.866
0.519
0.517
６
30.02
0.578
0.866
0.443
0.526
７
30.02
0.578
0.866
0.524
0.516
８
30.02
0.578
0.866
0.444
0.526
９
30.02
0.578
0.866
0.483
0.521
１０
30.02
0.578
0.866
0.460
0.524
动摩擦系数的统计平均值（去掉最大与最小值平均）fd =0.524

3)、当滑块高度较大，其在自重作用下，向下翻滑动以及向上倾时的载荷。
实验类型
滑板倾角
载荷
向下滑
25°
185g
向上倾
210g

向下滑时受力分析图

1）向下滑时：
∑Fx=0 Fd+T=mgsinθ
∑Fy=0 N=mgcosθ
Fd=fsN
得：T=mgsinθ-fsmgcosθ m0=T/g
由理论计算得m0=188.2g

向上倾倒时受力分析图

∑Mo=0 Tl+Na/2=mgsinθ l/2+mgcosθ a/2
∑Fy=0 N=mgcosθ
得: m0=（msinθ l/2+ mcosθ a/2-msinθa/2）/l

由理论计算得m0=193g
误差分析
1)测定静摩擦系数时，有机器震动，导致静摩擦系数普遍偏小，应近似于动摩擦系数，并由公式可知，计算得的下滑质量理论值偏大。误差估计与实测值情况符合。
2）测得的滑动摩擦系数大于静摩擦系数，与理论不符。疑似为测得的加速度有误。
3）做上翻实验时，绳与斜面不严格水平，且小盘不平衡，导致砝码重力与绳中拉力不等。应为实验与理论误差来源。

7