探究风轮机叶轮.pdf

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1、研究风能 威尼尔软件技术 5-1T 教师资料 实验 5 探究风轮机叶轮 在本实验中，学生探究风轮机叶轮与风之间如何相互作用使风轮机旋转。他们探究叶轮的方向如何影响叶轮旋转方向。他们还利用威尼尔能量传感器观测电流和电势差的极性。这对于学生在本书后续的实验来说是一个很重要的概念。本实验中学生采用自己设计的叶轮。我们建议使用矩形叶轮，这样学生可以理解是叶轮角度而不是叶轮形状决定了风轮机旋转的方向。学生可以自制叶轮也可以使用你预先准备好的叶轮。所有学生的叶轮相似，能更好地进行结果对比。备注：本书带有 CD，里面的学生页中有完整的使用 LabQuest 应用软件或 Logger Lite软件进行数据采集

2、的相关指导。请参阅附录 A，了解更多信息。如果你使用的是 Logger Lite 软件，本实验所需的自动 ID文件可以在 Logger Lite 1.8 或更新版本中找到。如果你使用的是 LabQuest 应用软件你必须使用 2.3.1 及以上版本的LabQuest 应用软件。如果你使用旧版本，请升级至最新版本。升级网址为 预计时间 我们预计可以在 60-75 分钟的课堂时间内完成安装、探究、清理工作。相关技能 装配和数据采集功能 连接数据采集界面、能量传感器、电阻板和迷你风轮机。校零能量传感器。采用 LabQuest 应用软件或 Logger Lite软件采集数据。采用统计分析工具计算平均电

3、势差、电流和功率。数学能力 测量距离（厘米）读、写及比较小数和整数。采集数据并记录在表格中 采用量角器测定角度 利用数据绘制条形图 5-4T 研究风能 实验5 新世纪科学标准 学科核心概念 跨学科概念 科学与工程实践 PS3.A 能量的定义（4-PS3）PS3.B 能量转化与能量传递（4-PS3）ETS1.A：明确并界定工程问题 ETS1.B：研发可能的解决方案（3-5-ETS1）ETS1.C：优化设计方案（3-5-ETS1）模式 因果 规模、比例和数量系统和系统模型 能量与物质：流量、循环和转化 提出问题，明确问题 开发模型，使用模型 制定计划，进行研究 分析处理数据 运用数学和计算机思维

4、作出解释，设计方法 设备技能 1.设定安全的测试范围。清楚该区域内的残渣和材料。让学生不要站在叶轮旋转的飞机里。还要告知他们不要触碰正在旋转的涡轮机叶轮。叶轮旋转很快，一旦碰到人，可能会造成伤害。向学生强调，不要将手指戳进风扇里，因为扇叶也会造成伤害。如果实验过程中，风轮机是由风驱动的，学生们可以将风轮机的基座固定到桌面上。2.要点：给学生提供安全护目镜。学生在风轮机旋转时，应该随时佩戴安全护目镜。3.制作叶轮。本实验我们推荐使用矩形叶轮。这样有利于让学生把注意力集中在叶轮角度上，而不是叶轮形状。大约 12厘米长（不包括暗榫）的叶轮与箱式风扇匹配，效果很好。我们建议用热胶将暗榫连接到叶轮上，因

5、为它干得快，连接牢固，易于获得。你也可以用其他类型得胶水，只要能牢固连接即可。要是使用比热胶干得慢的胶水制作叶轮，需要在课堂计划中补充时间。也可以用胶带连接叶轮和暗榫。但是，要知道这不是理想的方法。我们发现胶带不能牢固地连接叶轮和暗榫，无法保持叶轮角度一致。这会影响想实验结果。4.拆除风轮机上的红色叶轮组时要小心。拆除红色叶轮组会很难，尤其是对学生来说。所以在给学生风轮机之前，拆除红色叶轮组。5.安装风扇。将风扇的中心与风轮机的轮毂中心对齐。你可能会发现将风扇放在箱子或台架上有利于将其与风轮机轮毂对齐。风扇应距离风轮机约15厘米。如果这些指南对你的设备没有用，通过实验找到有利于班级设备安装的方

6、法。研究风能 5-3T 更大的箱式风扇可能需要一些支撑，例如一本大书，这样它们就不会翻倒。在实验过程中，提醒学生要经常检查风扇和风轮机的位置。如果风轮机与风扇的相对位置发生变化，风速就会改变。考虑在风扇和风轮机的基座上粘一些胶带，帮助学生更易于将设备定位。6.学生步骤指导学生制作叶轮、组装风轮机轮毂及将轮毂连接到风轮机上。如果时间允许的话，风轮机组装是很好的入门级工程建设活动。另一方面，为了让学生将注意力放在数据采集和分析上，你可能想提前组装叶轮和风轮机。7.每次软件重新开始时，能量传感器都需要校零，打开新文件或者在文件菜单选择新建。该实验的学生版包含能量传感器的校零的步骤。校零能量传感器时，

7、你将要设置传感器和软件的零状态。如果你曾定过刻度范围，实际上你已经校零了刻度。教学要点 1.在进行实验之前，学生需要熟悉小数概念。在学生们掌握了基本的小数位和值的概念后，你可能希望将本书的实验囊括到随后学期的课堂计划之中。2.说明如何连接迷你风轮机威尼尔能量传感器和电阻板，特别是当学生首次使用这些设备时。3.将正在运行 Logger Lite 数据采集软件的电脑投影出来，将非常有利于说明如何使用软件、传感器和界面进行数据采集。如果你是使用 LabQuest 应用软件采集数据，LabQuest 威尼尔软件可用于投影 LabQuest 屏幕。4.调节叶轮方向时，可能需要帮助学生控制叶轮和轮毂。5.

8、开始数据采集之前，检查各组，确保能量传感器已校零，并已与采集第一组数据的39的电阻连接。6.可能需要帮助学生想出计划，如何改变电路中电子的方向。这可能是一个很好的点进行集体讨论。帮助学生将风轮机旋转方向与电子流动方向的关联。过程问题的答案 6.逆时针方向 10.顺时针方向 12.a.答案取决于学生的假设。12.b.学生应就叶轮定位于风轮机方向之间关系的理解，写一份报告。19.一般来讲，如果风轮机顺时针旋转，电流和电势差为负值。20.学生应写出计划，如何改变电路中电子流动方向。需要帮助没有电路相关背景的学生想出计划。这在小组讨论中可能很有效。21.当风轮机顺时针旋转，电流和电势差为负值。当风轮机逆时针旋转，电流和电势5-4T 研究风能 差为正值。22.叶轮应朝右，确保电流和电势差为正值。