A. 科学小制作风力风向标原理及教育意义
风速和风向是分别利用磁感风速杯和风向标来量度.磁感风速杯通常有三个对称风杯,固定於垂直轴上,令每个风杯的直径面都是垂直.由於风杯凹面比凸面承受较大的风力,风杯轮便会随风转动,观测员可从风杯转动的速度来确定风速的快慢.
至於风向,则由风向标显示.风向标基本上是一个不对称形状的物体,重心点固定於垂直轴上.当风吹过,对空气流动产生较大阻力的一端便会顺风转动,显示风向.
原理
风向标的箭头永远指向风的来源,其原理其实非常简单:箭尾受风面积比箭头大,若箭头及箭尾均受风,箭尾必会被风推后,使箭头移往风的来源.风向标的箭头永远指向风的来源.风向标装置於高杆子上,为使风向纪录更准确 须於杆底用指南针测定10秒的风向(当时风向须稳定).风向标装置于高杆子上,为使风向纪录更准确,同学须于杆底用指南针测定10秒的风向(当时风向须稳定).
定义
风速是三维向量,在一个较大尺度而有组织的气流上随时空作小尺度而不规则的波动.风速是三维向量,在一个较大尺度而有组织的气流上随时空作小尺度而不规则的波动.地面风普遍是以方向和速度的两个数值来说明的二维水平向量.地面风普遍是以方向和速度的两个数值来说明的二维水平向量.
地面风通常是用风向标和风杯风速表或螺旋桨式风速表来测量.地面风通常是用风向标和风杯风速表或螺旋桨式风速表来测量.
B. 某研究性学习小组设计了一种测定风力的装置,其原理如图甲所示。迎风板与一轻质弹簧一端连接,穿在光滑的
解: (1)电压表与定值电阻R并联,如图所示 ![]() 分析图像可知最大风力为720N。 |
C. 某研究性学习小组设计了一种测定风力的装置,其原理如图甲所示.迎风板与一压敏电阻Rx连接,工作时迎风板
由图甲可知,定值电阻与压敏电阻是串联.
(1)由图乙可知,压敏电阻的阻值随风力增大而减小,
则当风力增大时,压敏电阻的阻值在减小,此时压敏电阻和定值电阻的总电阻在减小,根据欧姆定律可知,电路中的电流在增大.由于定值电阻阻值一定,通过它的电流在增大,则它两端的电压在增大,所以电压表应该并联在定值电阻两端.
(2)由图乙可知,当无风时,压敏电阻的阻值为3.5Ω,
则压敏电阻和定值电阻串联时的总电阻:R总=3.5Ω+1.0Ω=4.5Ω,
电路中的电流:I=
U |
R总 |
4.5V |
4.5Ω |
UR′ |
R |
3V |
1.0Ω |
UX |
I′ |
1.5V |
3A |
D. 某同学设计了一个测定风力的装置,其原理如图所示,迎风版与一轻弹簧的一端N相连,穿在光滑的金属杆上.
设无风时金属杆接入电路的电阻为R1,风吹时接入电路的电阻为R2,
①无风时:U1=
R1E R+r+R1
得R1=
=U1(R+r) E?U1
Ω=0.5Ω3(1+0.5) 12?3
所以内金属容杆单位长度的电阻r=
=R1 L0
Ω/m=1Ω/m0.5 0.5
②有风时:U2=
R2得R2=E R2+R+r
=U2(R+r) E?U2
Ω=0.3Ω2×(1+0.5) 12?2
此时弹簧长度L=
=R2 r
m=0.3m0.3 1
压缩量x=L0-L=(0.5-0.3)m=0.2m
由受力平衡条件得风力:F=kx=1300×0.2N=260N
答:①金属杆单位长度的电阻1Ω;
②此时作用在迎风版上的风力260N.
E. 风扇吹风的原理
是扇叶旋转的时候以斜切的方式挤压受力面(上部)的空气向垂直与扇叶表内面的方向运动。
扇叶需要容有一定角度来推动空气(需要能分解出一个向上--垂直于旋转面的力),扇叶做成流线型是为了避免不必要的摩擦损耗动能,同时也减小噪音。
扇叶旋转时上部空气受力“流走”而原来所在的位置会产生负压。而下部空气因为负压“流入”该区域。形成空气流动。
上部靠近扇叶的空气压力会变大。
而扇叶下部空气压力变小。从而造成空气由下向上“流动” 。
就是你说的一面压力高一面压力低。
F. 风速风量测量装置的测量原理
防堵风速风量测量装置 是基于S形毕托管测量原理,当管内有气流流动时,迎风面受气流冲击,在此处气流的动能转换成压力能,因而迎面管内压力较高,其压力称为“全压”,背风侧由于不受气流冲压,其管内的压力为风管内的静压力,其压力称为“静压”,全压和静压之差称为差压,其大小与管内风速有关,风速越大,差压越大;风速小,差压也小,风速与差压的关系符合伯努利方程。
G. 风箱原理及构造
风箱,它强调的高转进气量,以纤维材料做成的过滤芯,有进气阻力小的优点,还有内风箱容内部架设了圆椎形的进气涡流发生器,用于整理、分配气流,在其进气涡流发生器作用下,使得进入的空气以接近180度的角度通过过滤网,增大过滤面积与过滤距离,过滤掉更多的杂质,达到更好的进气过滤效果来保护发动机;并且其产生的涡流更益于加大进气量,从而加大马力输出。
拓展资料:
风箱木制风箱基本结构:由一个木箱、一个推拉的木制把手和活动木箱。用手拉开活动木箱,空气通过进气口而入橐;压缩木箱,箱内的空气通过排气口而进入到输风管,最后再进入冶炼炉中,用于烧火作饭。
以前农村家家户户灶房里都有用砖砌成的锅灶,旁边放着一个风箱。锅里填好水以后,点燃柴禾放进锅灶口里面,右手拉风箱,左手添柴火。
H. 一个实验:验证风是由空气流动形成的。需要什么实验器
说出风的形成实验所用的实验材料,再说出是怎样形成的?
实验目的:探究风形成的原因。内
实验材料:大塑料容瓶、小塑料瓶、蜡烛、蚊香、火柴。
实验步骤:
1、用一个大塑料瓶,去底去口,再在一侧壁面用小刀挖一个与小塑料瓶口大小相同的孔,将一个小塑料瓶去底,瓶口卡进侧壁洞口,并用橡皮泥将洞口周围封严。
2、在桌子上点燃一支蜡烛,火苗向上没有飘动,说明周围没有形成温差,既没有风。
3、将做好的装置罩在燃烧的蜡烛上,使小瓶的口正对着火苗,可清晰看到火苗向一定方向飘动。
4、在小瓶底口处点燃蚊香。
5、转动大瓶。
6.观察记录所发现的现象,并进行分析。
实验现象;
1. 小瓶的口正对着火苗,可清晰看到火苗向一定方向飘动。
2. 小瓶底口处点燃蚊香,也可以看到烟流向大瓶内。
3. 转动大瓶,火苗也随着改动飘动方向。
实验结论:
风形成的原因:空气受热膨胀、变轻、上升,体积减少,压力变小,别处的冷空气流入补充,这样不断循环流动就形成了风。
I. 设计一个简单的实验,模拟风的形成,写出所需的器材和实验步骤
模拟实验:风的形成
实验目的:理解风的成因,初步学会做空气流动形成风的模拟实验。
准备的材料:大塑料瓶、小塑料瓶、蜡烛、剪刀、油性笔、橡皮泥、蚊香片、火柴、镊子。
实验过程:
1、取一个大塑料瓶横放在桌面,用刀把它的底部去掉,并利用剪刀把瓶底修理平整。
2、取一个小塑料瓶,把它的瓶口与大塑料瓶中间外壁相接触,用油性笔在大塑料瓶身上按小塑料瓶瓶口的大小做个记号。
3、用剪刀沿油性笔的记号在大塑料瓶中间外壁开一个小洞,洞的大小比小塑料瓶口略大一点。
4、把小塑料瓶瓶口卡进大塑料瓶外壁的洞里,周围用橡皮泥封紧。这样一个空气流动装置就做好了。
5、选择一支与大塑料瓶中间洞口高度差不多的蜡烛,点燃蜡烛放在平整的桌面,观察蜡烛的火焰没有飘动,说明现在没有风。
6、把刚才做好的空气流动装置罩在燃烧的蜡烛上,火焰对着小塑料瓶口。这时发现蜡烛的火焰向另外一个方向飘动,说明现在形成了风。
原因分析:点燃蜡烛后,瓶内空气受热变轻上升,从瓶口流出,瓶内空气因此稀薄,压力减小。而同时,瓶外温度没有升高,空气没有变化,压力较大。由于瓶外压力大于瓶内压力,瓶外的冷空气就顺着小塑料瓶口向大瓶内流动,瓶内的空气受热不断上升流出,瓶外的空气又源源不断地流进瓶内。这样,就形成了一股由瓶外向瓶内流动的空气,空气的流动就形成了风。
J. 风洞实验的原理
风洞实验的理论依据是运动相对性原理和流动相似性原理。根据相对性原理,飞机在静止空气中飞行所受到的空气动力,与飞机静止不动、空气以同样的速度反方向吹来,两者的作用是一样的。但飞机迎风面积比较大,如机翼翼展小的几米、十几米,大的几十米(波音747是60米),使迎风面积如此大的气流以相当于飞行的速度吹过来,其动力消耗将是惊人的。根据相似性原理,可以将飞机做成几何相似的小尺度模型,只要保持某些相似参数一致,试验的气流速度在一定范围内也可以低于飞行速度,并可以根据试验结果推算出真实飞行时作用于飞机的空气动力。