青岛版五年制科学三年级上册《我的风向标》课件

我的风向标 如何测量风 简而言之，风就是指空气的水平运动，风的运动既 有速度又有方向，说明了风是一个矢量，因此风的 观测包括风向和风速两项。 风向 风向是 指风的来向， 用十六方位表 示，以拉丁文 缩写记录 风速 风速是空气质点在单位时间内 所移动的水平距离。 以米/秒为单位，定时观测取整 数，自记记录取一位小数。 等 级级 名 称 陆陆 上 地 物 征 象相 当 风风 速 范围围(m/s)中数 0静风风静，烟直上0.00.20 1软风软风烟能表示风风向，树树叶略有摇动摇动0.31.51 2轻风轻风人面感觉觉有风风，树树叶有微响，风风向标标能转动转动，旗飘动飘动1.63.32 3微风风树树叶及小枝摇动摇动不息，旗展开，高的草摇动摇动不息3.45.44 4和风风能吹起地面灰尘尘和纸张纸张，树树枝动摇动摇。高的草呈波浪起伏5.57.97 5劲风劲风有叶的小树摇摆树摇摆 ，内陆陆的水面有小波。高的草波浪起伏明 显显 8.010.79 6强风风大树树枝摇动摇动，电线电线呼呼有声，撑伞伞困难难。高的草不时倾时倾 伏于地 10.813.812 7疾风风全树摇动树摇动 ，大树树枝弯下来，迎风风步行感觉觉不便13.917.116 8大风风可折毁小树树枝，人迎风风前行感觉觉阻力甚大17.220.719 9烈风风草房遭受破坏，屋瓦被掀起，大树树枝可折断20.824.423 10狂风风树树木可被吹倒，一般建筑物遭破坏24.528.426 11暴风风大树树可被吹倒，一般建筑物遭严严重破坏28.532.631 12飓风飓风陆陆上少见见，其摧毁力极大32.633 如何取得具有代表性的风资料？ 在观测中为了取得具有一定代表性的风向、风 速资料，风的观测一般是取某一时段内的平均风速 和最多风向。 实验表明：取十分钟时段内的平均值即可以达 到一定代表性的要求，在大多数风的阵性涨落不大 的情况下，取23分钟时段内的平均值，也可达到 一定代表性的要求。 气象台站观测中，一般是取两分钟的平均风速 和最多风向，自记仪器是取十分钟的平均风速和最 多风向。 不难理解，测定平均风速时，仪器 要有优良的积分性能（即自动平均能力 ）；要是测定阵风，仪器应能反映瞬时 风速，自动平均能力良好反而不利。因 此 风的传感器 风的感应器 风向标是各种测风仪器中用以知识 风向的最主要的部件。分为头部（维持 平衡也称平衡锤）、水平杆与尾翼三部 分。整个风向标可绕垂直轴旋转。它的 重心正好在转动轴的轴心上。 风向感应器 8.2 风的传感器 当风的来向与风向标成某一个交角时，风对风向标产生压力，这 个力可分解成平行和垂直于风向标的两个分力。由于风向标头部受风 面积较小，尾翼受风面积较大，因而感受的风压不相等，垂直于尾翼 的风压产生风压力矩，使风向标绕垂直轴旋转，直至风向标头部正好 对着风的来向时，由于翼板两边受力平衡，风向标就稳定在某一位置 。 这里分析一下风向标的受力 情况：设气流与风标的起始位置成 的交角，则风向标的尾翼上受到 三个力矩的作用，一是风压力矩M， 二是惯性力矩Mn，三是摩擦力矩Mf， 包括在转轴支点处的摩擦力矩及空 气粘滞性对翼板等产生的摩擦力矩。 这样，风标转动的运动方程为 M=Mn+Mf。 灵敏 性 稳定 性 风向标都应满足 在小风速或风向改变不大的情况下， 能很快地反映出风向变化来 当风向改变时，由风向标本身惯性 作用引起的摆动要小 常见的风向标 双叶型风向标 菱形风向标 流线型风向标 风速感应器风速感应器 目前普遍采用的测定风速 的仪器为风杯形风速器。 它的感应部分是由三个或 四个圆锥形或半球形固定在架 子上的风杯组成。整个架子连 同风杯装在一个可以自由转动 的轴上，所有的风杯都顺着一 面。在风压的作用下，风杯就 顺着圆锥（球形）的凸面方向 自由旋转。 风速感应器 当风从左方吹来时，风杯（1）与风向平行，风对风杯（1 ）的压力在最直于风杯轴方向上的分力近似为零。风杯（2）与 （3）同风向成60角相交，对风杯（2）而言，其凹面迎着风， 承受的风压最大;风杯（3）其凸面迎风，风的绕流作用使其所 受风压比风杯（2）小，由于风杯（2）与风杯（3）在垂直于风 杯轴方向上的压力差，而使风杯开始顺时针方向旋转，风速越 大，起始的压力差越大，产生的加速度越大，风杯转动越快。 但风杯开始转动后，由于杯（2）顺着风的方向转动，受风 的压力相对减小，而杯（3）迎着风以同样的速度转动，所受风 压相对增大，风压差不断减小，经过一段时间后（风速不变时 ），作用在三个风杯上的分压差为零时，风杯就变作匀速转动 。这样根据风杯的转速（每秒钟转的圈数）就可以确定风速的 大小。 风向和风速的传送 传送和指示风向标所在方位的方法 很多，有机械传送、电接式传送、电位 计式传送、光电转换即格雷码盘等，其 中最常用的是格雷码盘。 传送和指示风速的方法有机械式、 电接式、电机式、磁感式和光电式即多 齿光盘等，其中最常用的风速传感器是 多齿光盘。 8.3 EL型电接风向风速计 1.基本组成 （1）感应器 a.风速部分的组成及各部分的作用 b.风向部分的组成及各部分的作用 （2）指示器 a.瞬时风速指示部分 b.瞬时风向指示部分 （3）记录器 a.瞬时风速记录部分 b.瞬时风向记录部分 感应器 风向部分由 风向标、风向方位 块、导电环、接触 簧片等组成； 风速部分由风 杯、交流发电机、 蜗轮等组成。 根据风速随高度的变化 情况以及为了观测和维护的 方便，同时不受地形地物的 影响，测风仪器的安装高度 最好在1020米之间。 测风仪器安装的地点要 求尽量开阔空旷，远离障碍 物，使之不受气流涡旋的影 响。因为建筑物、凹地、山 谷等地形作用会使气流产生 涡流、辐合、辐散，使风的 资料只有小气候方面的意义 ，而缺少代表性。 测风仪器必须垂直安装； 安装测风仪器的杆不能太粗， 否则会改变气流的自然状 况；仪器应安装在杆的顶端， 如果需要安装在杆的中间，则 应使用一定长度的横臂，以使 风速仪器远离杆柱。 气象应用 风在天气预报中有着重要的作用，常作为良 好的预报指标而广泛应用。 风是一种自然力。我们可以