自制简易风向标
实验目的
- 了解风向标的基本工作原理。
- 培养学生的动手能力和对科学知识的应用能力。
- 提高学生观察天气现象的兴趣和能力。
实验材料
- 硬纸板：一张较大的长方形硬纸板，用于制作风向标的底座和指针。
- 吸管：两根粗细适中的吸管，其中一根稍长，用于支撑和转动。
- 剪刀：用于裁剪硬纸板和吸管。
- 胶水：如白乳胶或热熔胶枪（使用热熔胶时需在成人监护下操作），用于粘贴部件。
- 铅笔：用于在硬纸板上标记、钻孔等。
- 大头针：一个，用于固定风向标指针。
- 小珠子或小重物：如玻璃珠、金属螺母等，用于平衡风向标指针。
- 彩色笔：用于装饰和标注风向标。
- 细线或鱼线：一段，长约 30 - 50 厘米，用于悬挂风向标。
实验步骤
（一）制作风向标底座
- 在硬纸板上用铅笔画出两个大小合适的圆形,一个大圆形作为底座的主体，直径约 10 - 15 厘米；一个小圆形作为中间的固定圆片，直径约 3 - 5 厘米。
- 用剪刀小心地裁剪出这两个圆形。
- 在大圆形的中心位置用铅笔轻轻地标记出一个点,然后用剪刀或锥子在该点钻一个小孔，注意小孔不要过大，能穿过细线即可。
（二）制作风向标指针
- 将稍长的吸管从一端约 5 - 8 厘米处剪断，保留较长的一段作为指针主体，短的一段备用。
- 在硬纸板上画一个长约 8 - 10 厘米、宽约 2 - 3 厘米的箭头形状，然后用剪刀裁剪下来，这就是风向标指针。
- 用胶水将箭头形状的硬纸板粘贴在吸管的一端,注意要粘贴牢固且保持箭头的平整，箭头的方向要与吸管垂直。
- 在吸管的另一端（即非箭头端）插入大头针，使大头针能够固定在吸管内且可以自由转动，但不会脱落，如果大头针较松，可以在吸管内部滴一点胶水固定。
- 将小珠子或小重物用胶水粘贴在大头针的底部,用于平衡指针，使其能够垂直向下，这样在有风时指针才能准确地指示风向。
（三）组装风向标
- 将较短的吸管剪成两段,每段长约 3 - 5 厘米，然后在每段吸管的两端用胶水粘贴在小圆形硬纸板上，形成一个“十”字形支架，这个支架用于固定在底座上并支撑指针转动。
- 把细线的一端穿过底座大圆形硬纸板中心的小孔,然后在细线的末端系一个小结，防止细线滑出小孔。
- 将“十”字形支架放在底座大圆形硬纸板的上方，调整好位置后，用胶水将支架粘贴在底座上，同时确保细线处于支架的中心位置并且能够自由活动。
- 把风向标指针的大头针部分插入“十”字形支架的交叉点，使指针能够绕着支架自由转动，且指针与底座平面垂直。
（四）装饰与调试
- 用彩色笔在风向标指针和底座上画出自己喜欢的图案或写上“东、南、西、北、东北、东南、西南、西北”等表示风向的文字，方便读取风向。
- 将制作好的风向标放置在通风良好的地方,如窗户边或室外空旷处，轻轻转动指针，观察其是否能够灵活转动并准确指示风向，如果有卡顿或不准确的情况，检查各部件的连接和平衡情况，进行适当调整。
实验原理
风向标是用来测量风向的仪器,当风吹来时，风向标指针的箭头会受到风力的作用，由于箭头的形状设计使得风对箭头产生一个压力差，从而使指针围绕“十”字形支架转动，直到箭头指向风吹来的相反方向，此时指针所指的方向就是风向，当风吹来自东方时，箭头会在风力的作用下转向西方，而固定在底座上的“十”字形支架和细线保证了指针能够稳定地转动并指示准确的风向。
注意事项
- 在使用剪刀、锥子等工具时，要注意安全，避免划伤手指。
- 如果使用热熔胶枪,必须在成人的监护下操作，防止烫伤。
- 在制作过程中,要确保各部件的粘贴牢固，特别是指针与支架的连接部分，否则会影响风向标的准确性和稳定性。
- 将风向标放置在合适的位置进行测试,避免周围有障碍物阻挡风的吹拂，影响实验效果。
相关问题与解答
问题 1：为什么风向标指针要有一个箭头形状？ 解答：箭头形状的设计可以使风对指针产生一个较大的压力差，当风吹来时，箭头的正面迎风面积较大，受到的风力也较大，而箭头的背面相对风力较小，这样就会产生一个力矩，促使指针转动，从而更准确地指示风向，如果指针没有箭头形状，可能无法有效地感知风向的变化或者指示不够灵敏。
问题 2：如果没有小珠子或小重物来平衡指针，会怎么样？ 解答：如果没有小珠子或小重物平衡指针，指针可能会因为自身重量分布不均匀而在没有风的时候也会倾斜或转动，无法准确地指示风向，当有风吹来时，不平衡的指针可能会出现晃动剧烈、指示不准确等情况，因为重力和风力的合力作用会使指针的运动变得复杂而不规律，所以添加小珠子或小重物来平衡指针是非常重要的，它可以使指针在无风时保持垂直向下，有风时只受风力的影响而准确转动。
问题 3：风向标可以放在室内使用吗？ 解答：风向标可以放在室内使用，但室内的通风情况相对较差，可能会影响风向标的准确性和灵敏度，如果要在室内使用，最好将风向标放置在靠近窗户、门等通风较好的位置，以便能够更好地感受风的吹拂，室内的气流可能受到家具摆放、人员走动等多种因素的影响，导致风向标的指示可能会有一些偏差。
