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教学对象:小学高年级学生
小朋友们,在我们的日常生活当中有各种各样的车辆,它们的动力来源有的来自于汽油等燃料的化学能,有的来自与电池的电能。一些清洁能源诸如太阳能、风能的使用可以让车辆对环境更加友好。但是使用风能往往对风向具有依赖性,我们能否依靠风能制作一辆风力小车呢?今天我们一起来试试吧!
一
什么是风力车
风力汽车,是指汽车可以根据风的方向自动行驶。运用“风力”作为动力行驶的小车一共有两种:一种是风帆车,另一种是风力车。虽然它们都是运用了风力驱动小车,然而它们的工作原理是有所不同的。风帆车是通过风力直接驱动,而风力车则是通过风力带动螺旋桨发电,再通过电机驱动小车。那么在不使用电机的情况下能够靠螺旋桨驱动小车逆风前进吗?
二
实验原理
本实验做的风力小车是通过风吹动小车上的反向螺旋桨,车身上的扇叶旋转产生向后推动的风,风会给车身后方的空气一个作用力,而车身后方空气会给小车一个向前的反作用力;而流线型的车身使得小车正面所受的风的阻力较小,阻力小于动力从而使小车前进。
三
制作步骤
友情提醒:小朋友们请在家长监护下进行制作!
使用材料:硬卡纸、4个大小相同的瓶盖、2根细木棍、1根粗吸管、反向螺旋桨、一次性杯子、细铁丝、双面胶、胶水、直尺、剪刀、刻刀。
四
实践体验
1、在相同风速下,把两种不同直径的螺旋桨装在小车上,让小车行驶行驶,进行3次实验并记录下前进距离。比较两种装了不同直径的螺旋桨的小车行驶距离是否有差异?
通过比较数据,我们可以发现使用直径为10CM螺旋桨的小车行驶距离比使用直径为5CM螺旋桨的小车行驶距离更远,我们可以得出结论更大的螺旋桨直径有助于提高小车的行驶距离。
2、装载相同螺旋桨,把电风扇分别开在低、中、高档位风速,让小车行驶,进行3次实验并记录下前进距离。比较小车在3种风速下小车行驶距离是否有差异?
通过比较数据,我们可以发现使用低档位的风速小车行进距离最近,但是风速越大,小车的行进距离不一定越远。这是因为更大的风速也给小车的车身带来了更大的风阻,并且超过了螺旋桨带来的动力,使得小车不再逆风向前行驶甚至倒退。
同学们能否模仿以上两个小实验,自己来设计一个实验来探究小车的行驶距离还有可能与哪些因素有关呢?请设计一张表格并进行实验来验证你的猜想。
五
拓展延伸
奇妙的空气动力学——伯努利原理
从这个翼型形状看,相对于下表面来说,空气流过翼型上部的速度要更快些。速度的差别将会在上表面产生低压,在下表面产生高压。这个压力差产生的结果是形成一种举升的力,我们称之为升力,也是飞机能够起飞的原理。通过合理使用空气动力学,将车辆设计成流线型的车身可以减小所受的空气阻力,提高运行效率。
动脑筋
为什么风力小车可以逆风行驶?
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今天的创智之旅就结束啦
下期的空中大课堂 敬请期待
本课设计:顾嘉源
制作:徐哲颖
审核:马 昕
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