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綜合實(shí)踐活動(dòng)——研究制作風(fēng)速儀【提出問題】風(fēng)速是氣象觀測(cè)中的重要參數(shù),常用風(fēng)速儀測(cè)量。風(fēng)速儀工作原理是什么?怎樣設(shè)計(jì)制作簡易風(fēng)速儀呢?
【實(shí)地學(xué)習(xí)】同學(xué)們來到氣象館,了解了杯式風(fēng)速儀的工作原理。如圖甲所示,質(zhì)量較小的風(fēng)杯可在360°任意方向的風(fēng)力帶動(dòng)下繞軸轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)傳感器將風(fēng)速轉(zhuǎn)換成輸出電流信號(hào),再經(jīng)系統(tǒng)處理后顯示出風(fēng)速值。在測(cè)量范圍內(nèi)電流隨風(fēng)速增大而均勻增大。
杯式風(fēng)速儀工作參數(shù) |
量程 |
0.4~50m/s |
輸出電流信號(hào)范圍 |
4~20mA |
啟動(dòng)風(fēng)速 |
0.4m/s |
電功率 |
≤0.48W |
【設(shè)計(jì)制作】受到杯式風(fēng)速儀工作原理的啟發(fā),同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)并制作了簡易風(fēng)速儀,其原理如圖乙所示。
電源為恒流源,能始終提供大小恒定的電流,電流表量程為0~0.6A,R
0為10Ω的定值電阻,R
1為壓力傳感器,無風(fēng)時(shí)R
1受到的壓力為零,有風(fēng)時(shí)迎風(fēng)板受到的壓力能大小不變地傳遞給R
1,R
1的阻值隨壓力F大小變化的關(guān)系如圖丙所示。讀出電表示數(shù),即可知此時(shí)的風(fēng)速。
同學(xué)們通過查閱資料,知道了風(fēng)壓是指單位面積上垂直于氣流方向的平面上所受風(fēng)的壓力,風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系如下表。
風(fēng)速v/(m?s-1) |
2 |
4 |
6 |
10 |
12 |
16 |
24 |
風(fēng)壓p/Pa |
2.5 |
10 |
22.5 |
62.5 |
90 |
160 |
360 |
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】迎風(fēng)板是一塊面積為0.15m
2的輕質(zhì)薄板,測(cè)量時(shí)風(fēng)始終垂直吹在迎風(fēng)板上,記錄電表示數(shù),發(fā)現(xiàn)風(fēng)速增大,電流表示數(shù)隨著增大。
【交流評(píng)價(jià)】同學(xué)們從實(shí)驗(yàn)制作、實(shí)驗(yàn)效果等方面進(jìn)行交流評(píng)價(jià)。
(1)關(guān)于文中杯式風(fēng)速儀,下列說法不正確的是
。
A.風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)杯說明風(fēng)具有能量
B.轉(zhuǎn)軸中使用軸承可減小摩擦
C.風(fēng)杯用密度小的材料制成
D.能在60m/s風(fēng)速下正常工作
(2)杯式風(fēng)速儀正常工作20min,最多消耗
J的電能;某次杯式風(fēng)速儀顯示風(fēng)速為31.4m/s,則輸出的電流信號(hào)為
mA。
(3)實(shí)驗(yàn)中,讀出簡易風(fēng)速儀中電流表示數(shù)為0.4A,電壓表示數(shù)為8V。
①R
1=
Ω,所測(cè)的風(fēng)速=
m/s;
②恒流源提供
A的恒定電流;
③若用此簡易風(fēng)速儀測(cè)量16m/s的風(fēng)速,則迎風(fēng)板的面積至少需要
(選填“增大”或“減小”)
m
2。
(4)對(duì)比文中杯式風(fēng)速儀,簡易風(fēng)速儀存在的不足之處有:
(寫出一點(diǎn)即可)。