自制简易风向标
实验目的
通过亲手制作风向标，了解风向标的原理，观察风向的变化,培养动手能力和对科学现象的观察能力。
所需材料
- 硬纸板：一大一小两块，大的用于制作底座和支架,小的用于制作风向标叶片。
- 吸管：一根,作为风向标的旋转轴。
- 棉线：适量,用于固定和悬挂风向标。
- 大头针：一个,用于固定吸管在纸板上。
- 剪刀：用于裁剪纸板和棉线。
- 铅笔：用于标记和钻孔。
- 胶水：用于粘贴纸板。
- 图钉：用于装饰风向标（可选）。
- 彩色笔：用于标记风向（可选）。
制作步骤
（一）制作底座和支架
- 在大纸板上用铅笔和直尺画一个大长方形，长度约为 15 厘米，宽度约为 10 厘米，然后在这个长方形的四个角分别向内 2 厘米处画一个小正方形，边长约为 2 厘米,作为底座的支撑脚。
- 用剪刀小心地裁剪出画好的图形,注意不要剪歪或剪坏。
- 在底座的四个角上，用铅笔在每个小正方形的中心位置轻轻扎一个小孔,孔的大小要能穿过图钉。
- 将四个图钉分别插入底座四个角的小孔中，确保图钉垂直且牢固地固定在纸板上,这样就制作成了一个简易的底座。
（二）制作风向标叶片
- 在小纸板上用铅笔画一个等腰三角形，三角形的底边长度约为 8 厘米，高度约为 10 厘米。
- 用剪刀沿着画好的三角形轮廓裁剪出叶片形状。
- 用彩色笔在叶片上标记出东、南、西、北等方向，以便更直观地观察风向,也可以在叶片上画一些自己喜欢的图案进行装饰。
（三）组装风向标
- 将吸管从中间位置剪断,得到两根短吸管。
- 在底座的中心位置，用铅笔轻轻扎一个小孔,孔的大小要能穿过吸管。
- 将一根短吸管的一端插入底座中心的小孔中，然后用胶水在吸管与底座的接触处涂抹均匀，使其固定牢固，这一步要注意吸管要垂直于底座平面,不能倾斜。
- 把棉线的一端系在风向标叶片的顶部，棉线的长度要适中，既要保证叶片能够自由转动,又不能太长而影响美观。
- 将系有棉线的叶片另一端的棉线穿过吸管的另一端，然后在吸管内部将棉线打一个结，使叶片固定在吸管上,但要保证叶片能够灵活地绕吸管转动。
（四）调整与装饰
- 轻轻转动风向标叶片，检查其是否能够灵活地转动，如果没有问题，就可以对风向标进行一些装饰了，可以用彩色纸剪出一些小图案贴在底座或叶片上,让风向标更加美观。
- 用图钉在底座的边缘或其他合适的位置固定一条棉线,作为悬挂风向标的绳子。
实验原理
风向标是用来测定风向的设备，当风吹来时，风向标叶片会受到风力的作用，使叶片总是指向风吹来的相反方向，如果风从东方吹来，风向标叶片就会指向西方，通过观察叶片所指的方向，就可以知道风向，这是因为风力作用在叶片上产生一个力矩，使得叶片围绕吸管这个旋转轴转动，直到叶片平面与风向平行,此时叶片所指的方向就是风的来向。
实验注意事项
- 在使用剪刀和大头针等工具时，要注意安全,避免受伤。
- 裁剪纸板时要仔细，尽量使边缘整齐,这样制作出来的风向标才会更加美观。
- 在固定吸管和叶片时，要确保它们能够灵活转动,否则会影响风向标的正常使用。
- 制作过程中要保持耐心和细心，不要急于求成,每一步都要做好后再进行下一步。
相关问题与解答
问题 1：为什么风向标叶片总是指向风吹来的相反方向？
答：当风吹向风向标叶片时，风对叶片施加了一个力，这个力的作用效果是使叶片围绕吸管旋转，由于叶片受到空气阻力的作用，它会逐渐停止转动，并稳定在风吹来的相反方向，因为此时叶片平面与风向平行，风力对叶片的力矩为零，叶片达到平衡状态,所以总是指向风吹来的相反方向。
问题 2：如果没有吸管，可以用什么代替？
答：如果没有吸管，可以用粗细适中的麦秆、塑料棒或者细木棍等代替，这些材料都能够起到旋转轴的作用，只要能够保证叶片可以灵活地绕其转动即可，在选择替代材料时，要注意其长度和直径要与原设计中的吸管相匹配,以确保风向标的整体结构和稳定性不受影响。
问题 3：怎样提高风向标的灵敏度？
答：要提高风向标的灵敏度，可以从以下几个方面入手，一是减轻叶片的重量，比如将叶片裁剪得更薄一些或者使用更轻的材料制作叶片；二是减小叶片与旋转轴之间的摩擦力，可以在旋转轴上涂抹一些润滑油或者用更光滑的材料制作旋转轴；三是增大叶片的面积，这样可以增加风对叶片的作用力,使叶片更容易转动。
