中华民国第四十八届中小学科学展览会作品说明书

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1、中華民國第四十八屆中小學科學展覽會作品說明書類別：生物及地球科學科別：地球科學組別：國中組作品名稱：柯氏旋風？！關鍵詞：電扇、風力電壓值、柯氏力編號：柯氏旋風？！摘要利用電扇轉動來驅動小馬達組產生電壓，測量不同方位、不同半徑之電壓值，進一步探討這些數值差異的可能影響因素。這些因素包含有設備裝置、天氣條件、柯氏力、萬有引力等。逐步分析、歸納、比較，試圖尋找出可能的且合理的影響因素，以及作為未來的可能研究與應用。壹、研究動機人類是好奇的，我們總是追尋各種問題的答案，而我們所找到的答案就是我們的喜悅。在自然課裡認識到地球的基本組成，以及相關的地球自轉知識，我們總想

2、，為什麼地球的颱風在北半球和在南半球的旋轉方向不同呢？我們上網找了找結果找到了一個可能的答案──柯氏力(Coriolisforce)(Coriolisforce)。後來我們又想了想(Coriolisforce)，是不是所有會旋轉的物品、東西都會這樣呢？而旋轉的方位、風力的大小是不是也和柯氏力有關呢？結果卻找不到完整的答案，所以我們便決定利用家用電扇來找出它的可能答案。貳、研究目的一、查詢柯氏力相關資料而有更多的了解。二、探討柯氏力對電風扇的影響（一）同一旋轉半徑下，朝各種方位之電扇不同區域所呈現的「風力電壓值」為何。（二）不同旋轉半徑下，朝各種方位之電扇不同

3、區域所呈現的「風力電壓值」為何。叁、研究設備及器材一、研究器材（一）電風扇一台：三葉片（二）小馬達一個（三）螺旋槳一組：三葉片（四）電子式三用電錶一台：準確度至mV（五）指北針四個（六）木棒一支（七）螺絲一支二、研究裝置將一家庭用電扇之風向轉盤拆除，然後將一支長柱形木棒一端鑽洞，以螺絲將木棒固定於風向轉盤的軸心上（圖一）。另外再將木棒另一端鑽洞，將小馬達及螺旋槳組（簡稱小馬達組）固定於木棒上（圖二），調整使其螺旋槳葉片平行正對電扇的葉片，並將小馬達兩極電源線接至電子式三用電表上（圖三）。依序改變小馬達組至風向轉盤軸心的距離（＝小馬達組的旋轉半徑），裝置如（圖

4、四）。1圖一、木棒固定於風扇軸心上圖二、馬達固定在木棒上圖三、調整木棒使馬達的扇葉與風扇平行圖四、利用木棒上的鑽孔來調整風扇半徑圖五、實際操作，風扇轉動後以三用電表測風力電壓值2肆、研究過程或方法一、把電扇之旋轉面劃分為六個位置區域，如圖六所示。二、固定小馬達組的旋轉半徑（17.8cm），分別測量旋轉面六個位置區域所產生風力而帶動小馬達組轉動，導致小馬達組產生有電流及電壓。三、小馬達組接出兩條電線，並連到電子式三用電錶上，待小馬達組轉動穩定（約1分鐘）後，開始隨機記錄當時情況下所產生的風力電壓值。四、利用指北針調整風扇不同吹向（東、西、南、北、上、下等六個方

5、位），再分別測量不同旋轉半徑下（10、12、15cm），圖六、電扇旋轉面之區域劃分旋轉面六個位置區域的風力電壓值。五、每一操作條件下，隨機記錄60筆電壓數值，以Excel軟體排序後，除去最高及最低的各5筆電壓數據，剩下的50筆資料來做統計平均，製成圖、表。伍、研究結果一、實驗一：固定旋轉半徑下（17.8cm），不同方位測得之風力電壓值平均值。（一）朝東方所得到的結果以區域4及區域5的位置風力電壓值相對較大，於直角座標圖上則大致屬於第三象限；以區域6的位置風力電壓值相對較小，而於直角座標圖上則大致屬於第二象限。詳細資料如表一及圖七所示。表一、固定旋轉半徑下風扇

6、向東運轉時各區域風力電壓值方位：東半徑：17.8cm區域1區域2區域3區域4區域5區域6561.6mV565.3mV553.0mV594.9mV576.0mV545.6mV風扇向東時各區域測得電壓值（mV）160058065602540520534圖七、固定旋轉半徑下風扇向東運轉時各區域風力電壓值雷達圖3（二）朝西方所得到的結果以區域3及區域4的位置風力電壓值相對較大，於直角座標圖上則大致屬於第四象限；以區域1及區域6的位置風力電壓值相對較小，而於直角座標圖上則大致屬於第二象限。詳細資料如表二及圖八所示。表二、固定旋轉半徑下風扇向西運轉時各區域風力電壓值方位

7、：西半徑：17.8cm區域1區域2區域3區域4區域5區域6513.8mV550.4mV553.8mV573.7mV536.5mV545.6mV風扇向西時各位置測得電壓值（mV）158056054062520500480534圖八、固定旋轉半徑下風扇向西運轉時各區域風力電壓值雷達圖（三）朝南方所得到的結果以區域1及區域4的位置風力電壓值相對較大，於直角座標圖上則大致屬於Y軸及左側；以區域2及區域3的位置風力電壓值相對較小，而於直角座標圖上則大致屬於第一、四象限。詳細資料如表三及圖九所示。表三、固定旋轉半徑下風扇向南運轉時各區域風力電壓值方位：南半徑：17.8c

8、m區域1區域2區域3區域4區域5區域6568.2mV