一种弹簧劲度系数测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种物理实验方法，尤其涉及一种弹簧劲度系数测量仪。
【背景技术】
[0002] 劲度系数，即倔强系数（弹性系数）。它描述单位形变量时所产生弹力的大小。k 值大，说明形变单位长度需要的力大，或者说弹簧"韧"。劲度系数又称刚度系数或者倔强系 数。劲度系数在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力。现有技术中，测试弹 簧的劲度系数较为麻烦，工作繁琐，效率低，不够准确，因此，存在改进空间。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种弹簧劲度系数测量仪。
[0004] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
[0005] 本发明一种弹簧劲度系数测量仪，包括弹簧测力器、刻度尺、第一定滑轮、第一漏 斗、第二定滑轮、第二漏斗、盐槽和被测弹簧，所述弹簧测力器的一端固定，所述弹簧测力器 的另一端通过所述第二定滑轮与所述第二漏斗之间连接，所述被测弹簧的一端固定于所述 刻度尺的一端，所述被测弹簧的另一端通过所述第一定滑轮与所述第一漏斗连接，所述第 一漏斗位于所述第二漏斗的正上方，所述盐槽位于所述第二漏斗的正下方，所述第一漏斗 和所述第二漏斗上均设置有开关。
[0006] 本发明弹簧劲度系数测量仪的测试方法，包括以下步骤：
[0007] (1)将被测弹簧固定后将弹簧测力器调零，同时将第一漏斗和第二漏斗关闭；
[0008] (2)将任意量食盐放入第一漏斗，记下被测弹簧伸长量对应的刻度尺读数；
[0009] (3)打开第一漏斗，使部分食盐流入第二漏斗中，关闭第一漏斗，同时记录被测弹 簧的刻度值X2和弹簧测力器的数值F1 ;打开第二漏斗，使第二漏斗中食盐全部流完再关闭 第二漏斗；
[0010] (4)由 "X1、X2" 计算ΛXI=X2-XI，K1 =F1/ΛXI;
[0011] (5)重复上述步骤可得Κ2 =F2/ΛΧ2,Κ3 =F3/ΛΧ3 ;
[0012] (6)贝1J被测弹簧的劲度系数为：ΚΑ= (Κ1+Κ+Κ3)= (F1/ΔX1+F2/ΔX2+F3/ΔΧ3) /3 ；
[0013] (7)将被测弹簧换为另外一个被测弹簧，重复测量劲度系数的步骤，可得另一个被 测弹簧的劲度系数KB= (Kl+K2+K3)/3 = (F1/ΛX1+F2/ΛX2+F3/ΛΧ3)/3 ;
[0014] (8)将两个被测弹簧串联，重复以上步骤，得到两个被测弹簧的等效弹簧劲度系数 Κ串；
[0015] (9)验证弹簧串联后等效劲度系数公式1/Κ串=1/ΚΑ+1/ΚΒ;
[0016] (10)将两个被测弹簧并联，重复以上步骤，得到两个被测弹簧的并联后总弹簧的 劲度系数Κ并；
[0017] (11)验证弹簧并联后等效的劲度系数公式Κ并=ΚΑ+ΚΒ。
[0018] 本发明的有益效果在于：
[0019] 本发明是一种弹簧劲度系数测量仪，与现有技术相比，本发明通过观察漏斗中的 实验含量变化情况来控制弹簧伸长量，此过程利用了逆向思维可以充分让同学掌握此种理 念，巧妙的运用了"转化"思想将减少量改为增加量，直接运用弹簧测力计测出力，在教学过 程中可直接利用此装置验证弹簧串并联后弹簧劲度系数的公式，本发明的实验方法在教学 中可以使学生很容易得掌握知识原理，有利于学生掌握科学知识，具有推广应用的价值。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的结构示意图。
[0021] 图中：1_弹簧测力器、2-刻度尺、3-第一定滑轮、4-第一漏斗、5-第二定滑轮、 6_第二漏斗、7-盐槽、8-被测弹簧。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本发明作进一步说明：
[0023] 如图1所示：本发明一种弹簧劲度系数测量仪，包括弹簧测力器1、刻度尺2、第一 定滑轮3、第一漏斗4、第二定滑轮5、第二漏斗6、盐槽7和被测弹簧8,所述弹簧测力器1的 一端固定，所述弹簧测力器1的另一端通过所述第二定滑轮5与所述第二漏斗6之间连接， 所述被测弹簧8的一端固定于所述刻度尺2的一端，所述被测弹簧8的另一端通过所述第 一定滑轮3与所述第一漏斗4连接，所述第一漏斗4位于所述第二漏斗6的正上方，所述盐 槽7位于所述第二漏斗6的正下方，所述第一漏斗4和所述第二漏斗6上均设置有开关。
[0024] 本发明弹簧劲度系数测量仪的测试方法，包括以下步骤：
[0025] (1)将被测弹簧固定后将弹簧测力器1调零，同时将第一漏斗4和第二漏斗6关 闭；
[0026] (2)将任意量食盐放入第一漏斗4,记下被测弹簧8伸长量对应的刻度尺2读数；
[0027] (3)打开第一漏斗4,使部分食盐流入第二漏斗6中，关闭第一漏斗4,同时记录被 测弹簧8的刻度值X2和弹簧测力器1的数值F1;打开第二漏斗6,使第二漏斗6中食盐全 部流完再关闭第二漏斗6;
[0028] (4)由 "X1、X2" 计算ΛXI=X2-XI，K1 =F1/ΛXI;
[0029] (5)重复上述步骤可得Κ2 =F2/ΛΧ2,Κ3 =F3/ΛΧ3;
[0030] (6)贝1J被测弹簧8的劲度系数为：ΚΑ= (Κ1+Κ+Κ3)= (F1/ΔX1+F2/ΔX2+F3/ΔΧ3) /3 ；
[0031] (7)将被测弹簧换为另外一个被测弹簧8,重复测量劲度系数的步骤，可得另一个 被测弹簧 8 的劲度系数KB= (Κ1+Κ2+Κ3)/3 = (F1/ΛX1+F2/ΛX2+F3/ΛΧ3)/3 ;
[0032] (8)将两个被测弹簧8串联，重复以上步骤，得到两个被测弹簧8的等效弹簧劲度 系数Κ串；
[0033] (9)验证弹簧串联后等效劲度系数公式1/Κ串=1/ΚΑ+1/ΚΒ;
[0034] (10)将两个被测弹簧8并联，重复以上步骤，得到两个被测弹簧8的并联后总弹簧 的劲度系数Κ并；
[0035] (11)验证弹簧并联后等效的劲度系数公式Κ并=ΚΑ+ΚΒ。
[0036] 数据测量
[0037] 弹簧A的劲度系数KA
[0038]
[0039] 表1弹簧A的劲度系数KA
[0040] KA= (K !+Κ2+Κ3) /3 = (Fi/ΔX!+F2/ΔX2+F3/ΔΧ3) /3 = 0. 377N/cm
[0041] 弹簧Β的劲度系数ΚΒ
[0042]
[0043] 表2弹簧Β的劲度系数ΚΒ
[0044] ΚΒ= (Κ !+Κ2+Κ3) /3 = (Fi/ΔΔX2+F3/ΔΧ3) /3 = 0. 231N/cm
[0045] 串联后的劲度系数Κ串
[0046]
[0047]表3串联后的劲度系数Κ串
[0048] Κφ = ^!+^+^)/3 = (Fi/ΔX!+F2/ΔX2+F3/ΔX3)/3 = 0. 143N/cm
[0049]而根据公式1/K串（理论）=1/K A+1/KB得K串（理论）=0· 141N/cm
[0050] K串（理论）~K串
[0051] 所以此公式在实验误差范围内正确。
[0052]并联后的劲度系数Κ并
[0053]
[0054] 表4并联后的劲度系数
[0055] = (K!+K2+K3) /3 = (Fi/ΔΔX2+F3/ΔX3) /3 = 0. 604N/cm
[0056] 而根据公式K并（理论）=KA+KB得K并（理论）=0· 608N/cm
[0057] K并（理论）~K并
[0058] 所以此公式在实验误差范围内正确。
[0059] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
【主权项】
1. 一种弹簧劲度系数测量仪，其特征在于：包括弹簧测力器、刻度尺、第一定滑轮、第 一漏斗、第二定滑轮、第二漏斗、盐槽和被测弹簧，所述弹簧测力器的一端固定，所述弹簧测 力器的另一端通过所述第二定滑轮与所述第二漏斗之间连接，所述被测弹簧的一端固定于 所述刻度尺的一端，所述被测弹簧的另一端通过所述第一定滑轮与所述第一漏斗连接，所 述第一漏斗位于所述第二漏斗的正上方，所述盐槽位于所述第二漏斗的正下方，所述第一 漏斗和所述第二漏斗上均设置有开关。2. -种如权利要求1所述的弹簧劲度系数测量仪的测试方法，其特征在于，包括以下 步骤： (1) 将被测弹簧固定后将弹簧测力器调零，同时将第一漏斗和第二漏斗关闭； (2) 将任意量食盐放入第一漏斗，记下被测弹簧伸长量对应的刻度尺读数； (3) 打开第一漏斗，使部分食盐流入第二漏斗中，关闭第一漏斗，同时记录被测弹簧的 刻度值X2和弹簧测力器的数值F1 ;打开第二漏斗，使第二漏斗中食盐全部流完再关闭第二 漏斗； (4) 由 "X1、X2" 计算ΛΧ1 =X2-X1，K1 =Fl/ΛΧΙ; (5) 重复上述步骤可得Κ2 =F2/ΛΧ2,Κ3 =F3/ΛΧ3 ; (6) 则被测弹簧的劲度系数为：ΚΑ= (Κ1+Κ+Κ3) = (Fl/AXl+F2/AX2+F3/AX3)/3 ; (7) 将被测弹簧换为另外一个被测弹簧，重复测量劲度系数的步骤，可得另一个被测弹 簧的劲度系数KB= (K1+K2+K3)/3 = (F1/Λn+F2/ΛX2+F3/ΛX3)/3 ; (8) 将两个被测弹簧串联，重复以上步骤，得到两个被测弹簧的等效弹簧劲度系数Κ 串； (9) 验证弹簧串联后等效劲度系数公式1/Κ串=1/ΚΑ+1/ΚΒ; (10) 将两个被测弹簧并联，重复以上步骤，得到两个被测弹簧的并联后总弹簧的劲度 系数Κ并； (11) 验证弹簧并联后等效的劲度系数公式Κ并=ΚΑ+ΚΒ。
【专利摘要】本发明公开了一种弹簧劲度系数测量仪，包括弹簧测力器、刻度尺、第一定滑轮、第一漏斗、第二定滑轮、第二漏斗、盐槽和被测弹簧，弹簧测力器的一端固定，弹簧测力器的另一端通过第二定滑轮与第二漏斗之间连接，被测弹簧的一端固定于刻度尺的一端，被测弹簧的另一端通过第一定滑轮与第一漏斗连接，第一漏斗位于第二漏斗的正上方，盐槽位于第二漏斗的正下方。本发明通过观察漏斗中的实验含量变化情况来控制弹簧伸长量，在教学过程中可直接利用此装置验证弹簧串并联后弹簧劲度系数的公式，本发明的实验方法在教学中可以使学生很容易得掌握知识原理，有利于学生掌握科学知识，具有推广应用的价值。
【IPC分类】G09B23/10, G01M13/00
【公开号】CN105334041
【申请号】CN201510887528
【发明人】王宝珍, 宋亚峰, 刘凯, 王小品
【申请人】商洛学院
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年12月6日