测量风速

活动简介

该活动要求学生首先了解风速计测量风速的工作原理，然后利用常见材料制作一个风速计，反复进行测试；学生制作的风速计必须能够承受电风扇或电吹风产生的各种速度的风，并且找到一种测量不同风速下转数的方法，帮助学生了解工程学如何协助人类应对社会中的挑战，锻炼其团队合作能力和解决问题能力。

面向对象

79年级。

活动材料

具有多个速度挡位的电吹风或电扇

5个纸杯（编号分别为A、B、C、D、E）

2根吸管

1个打孔器

1根大头针

1支带橡皮的铅笔

1个订书机

4杯风速计制作步骤

（1）教师带领学生阅读“阅读资料”，了解风速计的工作原理。

（2）教师将学生分为23人一组，要求学生讨论并设计风速计，绘制风速计草图。

（3）取4个纸杯A、B、C、D，用打孔器在距离杯口1.5cm的位置打1个孔。

（4）取纸杯E，用打孔器在距离杯口0.7cm的位置，打4个孔，两两相对，均匀分布在杯口周围；再用打孔器在纸杯E底部中心打1个孔，这个孔应该的直径比铅笔直径稍大些。

（5）用1根吸管插入纸杯E的2个孔中，吸管两端各插入纸杯A和纸杯B，注意让纸杯A和纸杯B与纸杯E分别相距约2.8cm，并保持吸管水平。

（6）调整纸杯A和纸杯B的位置，使其朝向相同，然后用订书机将纸杯钉在吸管两端。

（7）按照步骤（5）和（6），将纸杯C和纸杯D，同样固定在另1根吸管的两端。

（8）用大头针将2根吸管交叉的位置固定，注意4个纸杯杯口的朝向应该相同。

（9）将铅笔上带有橡皮的一端插入纸杯E底部的孔中，将大头针插入橡皮中。

（10）各小组利用自制的风速计测试户外的自然风或由电风扇、电吹风产生的风，测试自己的风速计，记录测试结果，并分析风速计旋转次数与风速变化之间的关系。

测试风速步骤

（1）如果在教室内完成该活动，就在电风扇产生的3个不同风速下试验自己的风速计；如果在户外完成活动就直接测量。请在每个风速下测量3次。

（2）记录15秒内，风速计上杯子完整的转数，然后乘以4，即是风速计1分钟的转数n。

（3）测量风速计4个杯子底部组成的圆形的周长C（单位：m），然后将其乘以每分的钟转数n，再乘以60，即风速V=C×n×60/1000（km/h）。

小贴士：

测量自制风速计的转数时，为了更容易数清楚，建议学生将杯子涂成各种不同颜色。教师组织学生汇报自己的测试结果，并分享收获与感悟。教师引导学生思考以下问题：

（1）你们制作的风速计是否能测量3种不同风速？如果不能，失败的原因是什么？

（2）你们是否发现，在1种风速下，增加1次测量，可能导致此档位下平均风速的测量结果明显改变？

（3）如果用你们的风速计测试一个地点是否适合安装风力发电机，你们认为每个速度挡位下3次测量是否足以产生可靠的平均值？如果不能，你们认为测量多少次就足够了？

（4）如果能够获得其他原材料，你们小组会增加哪些材料改进作品，为什么？

阅读资料：风速计是什么？

风速计是一种测量风速的装置，也是气象站中使用的一种仪器。第一个风速计是由列奥纳多·达·芬奇发明的。他实际上设计了2种不同类型的风速计。图3就是这2种仪器的草图。

图3中的仪器名为“叶状”或“刷状”风速计，因为它使用羽毛测量风速。它有一根配有薄板的带刻度棍子，而薄板会在风力的作用下移动。图4中的仪器由锥形管制成，其设计目的是使在相同风速下转动轮子的风压与空气通过锥形管开口的大小成比例。

4杯风速计

最简单的风速计就是4杯风速计，由JohnThomasRomneyRobinson博士在1846年发明，见图5。它在4个水平臂一端上安装了4个风杯，水平臂装在垂直轴上且相互成90°角。从水平方向吹来的风会转动风杯，转速与风速成比例。如果在一定时间内对风杯的转数计数，就能确定该地点的平均风速。

3杯风速计

人们在使用过程中发现，4杯风速计在风速快速变化时的测量精确度会下降。所以，有人设计了3杯风速计以提高测量精确度，以适应风速可能快速或突然改变的环境。3杯风速计由JohnPatterson在1926年首先发明。与众多工程产品一样，这些风速计随着时代的进步得到进一步改进，从而提高了性能，降低了成本或增强了安全性。

用风速计测量风能

风速计是用于测量风速的装置。很多国家和组织都提供风速计租赁项目，这样公司或个人就可评价其所在地点的风是否能生成足够的风力。对于这些实验地点来说，风速计可在较长时间内以10分钟的间隔收集风速数据。

声波风速计

声波风速计使用超声波测量风速和风向，如图6所示。它最初发明于20世纪70年代，可根据成对传感器间声波脉冲通过的时间测量风速。因为声波风速计没有运动的部件，所以非常适于在露天自动气象站和天气浮标应用中长期使用，而风速计在这些地方的测量精度和可靠性会受到含盐分空气或大量尘埃的不利影响。

材料选择

设计风速计时，常常要基于它们的用途选择制作材料。例如，用于较低风速应用（例如空气污染研究）的风速计常由轻型材料制作。但这些材料并不太适于风非常大或结冰的环境。材料选择对于设备的使用寿命也有很重要的关系。所以，应根据应用环境、购买者愿意承受的价格以及设备可靠运转时间选择风速计的制作材料。

活动延伸

解释为什么机场会在不同的高度设置多个风速计为机场空管员提供信息？