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科展

旋  轉  的  能  量

 

一、研究動機

       

        有一天,我們在圖書館看到這本書,這本書名叫「隨手可做有趣的科學實驗」。我們對於這本書裡面的空氣砲實驗很有興趣,就開始動手研究。

 

二、研究目的

 

1.    空氣砲產生的風力與吹熄蠟燭的關係。

2.    空氣砲紙箱放置的距離與吹熄蠟燭的關係。

3.    空氣砲產生漩渦的原因。

4.    保特瓶產生的漩渦與龍捲風和颱風的共同點。

 

三、研究材料

 

    紙板箱、布質膠帶、線香、刀片、圓規、打火機、蠟燭、奶精、杯子、吸管。

 

四、研究過程或方法

 

    (一)製作紙箱空氣砲

1.     將紙板箱裝好,為了防止漏氣,要用膠帶密封。

2.     在側面用原規劃一個10~15㎝的圓。

3.     用刀片將圓圈割下。

4.     點燃10根左右的線香,然後伸入洞口。

5.     等待片刻,等內部聚集煙霧後,用力壓一下發出空氣砲。

6.     可以看到甜甜圈狀的煙噴出來。

 

(二)空氣砲產生的風力與吹熄蠟燭的關係

1.     不變變因:空氣砲紙箱與蠟燭間的距離約60

2.     操縱變因:敲擊紙箱的次數

3.     結果:連續敲擊紙箱的次數越多,空氣砲產生的風力越強,吹熄的蠟燭越多。

 

 

姓   名

紙箱與蠟燭間的距離

敲擊紙箱的次數

 

蠟燭熄滅的數目

 

林貞瑜

 

60㎝

 

  1

 

  2

 

  3

 

  2

 

  3

 

  5

 

張育萍

 

60㎝

 

  1

 

  2

 

  3

 

  3

 

  5

 

  6

 

李晨希

 

60㎝

 

  1

 

  2

 

  3

 

  2

 

  4

 

  6

 

王映絜

 

60㎝

  1

  2

  3

  2

  4

  6

以下的照片僅供參考,並非是實驗操作的經過連續圖。

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

(三)空氣砲紙箱放置的距離與吹熄蠟燭的關係

           

1.     不變變因:敲擊紙箱的次數

2.     操縱變因:空氣砲紙箱放置的距離是60㎝、80㎝、100㎝。

3.      結果:紙箱放置的距離越遠,吹熄的蠟燭越少。

 

姓   名

敲擊紙箱的次數

紙箱與蠟燭間的距離

 

蠟燭熄滅的數目

 

林貞瑜

 

2

60㎝

 

4

 

 

張育萍

 

2

80㎝

 

3

 

 

李晨希

 

2

100㎝

 

2

 

 

王映絜

 

2

100㎝

2

 

 

以下的照片僅供參考,並非是實驗操作的經過連續圖。

 

 

            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(四)  除了擊出空氣砲可以看到漩渦狀的煙霧噴出,也可以用另一種方法產生漩渦,

把奶精滴入水中,在奶精擴散前,用湯匙橫切奶精的中央,湯匙劃過的痕跡會

形成漩渦。

 

 

 

 

 

 

 

(五)龍捲風等漩渦由上升氣流和迴轉力二種力量形成。將保特瓶按照圖A的方式旋轉,

      就可以產生圖B的漩渦。

 

 

 

 

(圖A)

 

 

 

 

(圖B 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(圖B 2)

 

 

 

 

 

(圖B 3)

 

 

 

 

 

 

(六) 製造人工龍捲風

1.      將寶特瓶的底部切除

2.      在寶特瓶下方剪個切口

3.      點燃線香伸進保特瓶的切口,讓煙霧充滿寶特瓶(線香煙霧可以清晰反映出上升氣流)

4.      向內吹口氣,進入的空氣會產生強烈的旋轉,就形成了龍捲風

         

 

 

 

 

 

 

 

 

五、結論

      寶特瓶中的漩渦和颱風、龍捲風有什麼共同點?就是在上升氣流垂直方向的氣流,再加上水平方向的旋轉力。以颱風為例,再赤道附近的溫暖空氣形成上升氣流,再加上上升氣流自轉形成的旋轉力,會形成巨大的漩渦。例如:南海的空氣很溫暖,上升氣流十分強大,周圍的空氣不斷被捲上空,使氣流增強。再冷氣團和暖氣團的相遇,  局部會發生激烈的上升氣流,使周圍的空氣產生旋轉,於是產生了龍捲風。

      由空氣砲產生的旋轉力量和龍捲風產生的旋轉力量相類似。

 

 

六、製作組員:

             1.林貞瑜       2.張育萍

 

            3.李晨希        4.王映絜

 

 

     指導老師:

 

          陳文森

 

 

 

 

 

 

 

 
     
 
 
 
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