【风力发电机所需器材和原料】
1主体木板2片2太阳能专用马达(转轴上附齿轮)1.5~4.5V1组3大齿轮1个4小齿轮1个5方形木块2个6三孔木块1个7长形木块1个8金属棍1支9绿色LED灯(3V)1个10泡棉双面胶1片11螺丝钉(2mm*6mm)12支12珍珠板(30 * 30 cm)1片13砂纸1张14保丽龙胶1罐15透明胶带1卷16美工刀1把17螺丝起子1支18圆规1支19量角器1个20小胶带1卷
图1简易风力发电机制作部分器材,阿拉伯数字为器材表内的编号。
【步骤】
一、风车主体组装
1.将大齿轮圆孔套入金属棍,内推至距一端约1公分,如图2。
图2将大齿轮圆孔套入金属棍。
2.取一方型木块套入金属棍的较长端。
3.将步骤2装置的方形木块贴齐主体木板缝隙的边缘,使用螺丝钉固定,如图3。
※简易风力发电机制作注意事项:锁紧螺丝钉时,应避免用力过大,导致木块及主体木板破裂。
自己手工制作风力发电机图3:将步骤2完成的装置放在主体木板上。
4.取另一个方型木块套入金属棍的较短端,使其对准主体木板上的孔洞;调整大齿轮位置,使其位于缝隙正中间,并与缝隙平行;最后使用螺丝钉固定方形木块,如图4。
图4调整好木块及齿轮的位置,以螺丝钉固定在主体木板上。
5.以螺丝钉将长形木块固定于步骤4的主体木板下端,如图5。
图5以螺丝钉将长形木块固定于主体木板下端。
6.将太阳能专用马达置入步骤4主体木板上的凹槽,调整马达主轴上齿轮与大齿轮的咬合位置,使其能顺利转动,如图5。
7.若咬合的齿轮转动困难,则剪下一小段砂纸,磨擦主体木板的凹槽底部,直至马达位于最佳位置,如图6调整好后,取出马达备用。
图6磨擦主体木板的凹槽底部,直至马达位于最佳位置。
8.将LED灯固定在三孔木块上方孔洞,如图7。两支脚分别插入在下方的小孔(长脚是正极、短脚是负极),使两只脚都能伸出孔洞之外,如图8。
图7将LED灯固定在三孔木块上方孔洞。
图8将LED灯的两支脚伸出下方的两个孔洞之外。
9.剥除太阳能专用马达电线末端的绝缘外层,使内部的金属线露出约2公分,如图9。
图9剥除太阳能专用马达电线末端的绝缘外层。
10.将太阳能专用马达的红色金属线(正极)缠绕在LED的长脚(正极),黑色金属线(负极)缠绕在LED的短脚(负极),如图10。
图10将太阳能专用马达的两条金属线,分别缠绕在LED的两支脚。
11.将步骤10的装置以2根螺丝钉固定于步骤7的主体木板上,如图11。
图11将马
#p##e#达和LED固定在主体木板上。
12.将第二片主体木板覆盖在步骤11的装置上,再次检查马达是否位在最佳位置。若否,则重覆步骤7。
13.使用6个螺丝钉将第二片主体木板固定,测试大齿轮与太阳能专用马达上的小齿轮是否能顺利转动,如果转动困难,则重新调整螺丝钉的位置,如图12。
图12将第二片主体木板固定,并测试齿轮是否能顺利转动。
二、扇叶组的裁切
1.使用圆规,在板上画出四个直径分别为12、11、3、2公分的同心圆,如图13。
图13使用圆规,在珍珠板上画出圆。
2.分别将直尺贴齐圆周边缘的各点,再以小刀沿着直尺切掉圆周外的珍珠板,重覆此动作,直至接近圆形为止,最后以砂纸磨除圆周边缘的棱角,如图14。
图14以小刀沿着直尺切掉圆周外的珍珠板
3.以直尺及笔画出相互垂直的两条直径,再以量角器,将圆均分八等分的扇形,如图15。
图15将圆均分成八等分的扇形
4.每条扇页支架的宽度留约0.5公分,使用美工刀将直径3~11公分之间的珍珠板镂空裁切成为扇叶。
5.将小齿轮以泡绵胶黏至步骤4装置的中心,如图16。
图16镂空裁切珍珠板,并将小齿轮以泡绵胶黏在中心
6.使用透明胶带,将八片扇叶以相同夹角(45度)黏贴至扇叶支架上,如图17。
图17注意扇叶黏贴的方向
7.将扇叶组套入风车主体的转轴,置于转动的电扇前,使风车扇叶能逆时针转动,观察LED灯是否发亮,并测量出最大电压。
问题与讨论
1、哪些变因会影响风力发电机发出的电压大小?
2、请设计实验利用控制变因的科学方法,找出风力发电机产生最大电压的扇叶结构 (例如扇叶与扇叶支架的夹角、扇叶数目…等)。
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