PDF《科别：地球科学科》

科别:地球科学科 组别:高中组作品名称:模拟龙卷风 关键词:龙卷风 编号:040507 学校名称: 国立花莲高级中学 作者姓名: 黄建卫、许庭玮、柯东阜、洪宗圣 指导老师: 陈丽妃 壹、 摘要 台湾地区平均在一年中会产生

一、两个龙卷风,虽然其次数不多,然而龙卷 风是短时间所生破坏程度最大的风暴系统.

本实验藉由模拟龙卷风的行程,探讨 其生成的因素. 本实验以『上方风扇』 :模拟真实龙卷风的低压中心,控制电压的大小以影 响气流上升速率的快慢、 『下方风扇』 :模拟风切,控制电压的大小与仰角以影响 气流的水平向、铅直向大小、 『口径』 :利用上方口径大小以控制气流铅直方向上 升速率与形成之暴风半径大小、 『高度』 :利用高度的高低以控制气流铅直方向上 升速率. 结论: (1)上升围(口径)越小,暴风半径越小 (2)上升气流(上方风扇)越快,暴风半径越小 (3)风切(下方风扇)风速越大,暴风半径越小 (4)对流高度越低,暴风半径越小 贰、研究动机 台湾地区平均在一年中会产生

一、两个龙卷风,虽然其次数不多,再加上课程内 〈高一基础地科 大同资讯版

第七章 台风部分;

高二下物质科学地球科学 大同资讯版

第五章 大气的运动〉所提及,进而引发我们观察及研究龙卷风. 参、研究目的 经由我们的操控变因组合,探讨龙卷风的成因. 肆、研究器材与实验装置

(一)

01、 150cm角钢 4枝

02、 50cm角钢 8枝

03、 螺丝 螺丝帽 适量

04、 玻璃纸(全开) 3张

05、 抽风电扇 1座

06、 小风扇 4座

107、 皮尺 1卷

08、 雷射笔 1枝

09、 可调式变压器(70V?110V) 1个

10、 乾冰 适量

11、 木板 1片

12、 西卡纸 2张

13、 电磁炉 1座

14、 锅子 1个

(二)设计原理 (1) 上方风扇:模拟真实龙卷风的低压中心,控制电压的大小以影响气流上 升速率的快慢 (2) 下方风扇:模拟风切,控制电压的大小与仰角以影响气流的水平向、铅 直向大小 (3) 口径:利用上方口径大小以控制气流铅直方向上升速率与形成之暴风半 径大小 (4)高度:利用高度的高低以控制气流铅直方向上升速率

(三)装置设计流程

1、原始设计:根推怪行牡淖柿,我们用角钢来搭起装置的骨架,并在 架上放置20cm的抽风扇,再於抽风扇下方的垂直方向,以 逆时针来排列小风扇〈如图一〉 . (图一) 观察:水蒸气所冒出的白烟,只在小风扇这一层打转,丝毫不受上方抽风 扇影响.

2、思考上述实验,认为上方抽风效率不佳〈如图二〉 ,於是在角钢架上 贴透明玻璃纸〈如图三〉

2 (图三) (图二) 可是观察后仍然无法形成,改以面粉来替代水蒸气观察.如前实验结果, 就像是小型的尘卷风〈Dust Devil〉 ,并不是我们所要的.

3、根南准窃,实际的龙卷风,其内部的外围气流流动速度最 低可达每小时40公里以上.依照角动量守恒,我们在抽风扇下方放置可控制口 径大小的板子,以缩小上升气流的围,使转速加快r并把面粉改为乾冰,使其 更容易观察. 结果:形成了稳定的管状涡旋,於是便进行实验.

(四)暴风半径测量法 在钢架平行的两侧,分别贴上三个刻度尺(上、中、下)於同一对应位置,并对 齐其刻度,再利用光的直进性(用雷射笔同时对齐同一刻度并切於暴风两侧) 伍、研究方法

一、实验1:研究抽风口径对於暴风半径、稳定度(以每