技術(shù)制作類科學(xué)活動(dòng)小風(fēng)車日期:演講人：目錄01活動(dòng)介紹02材料準(zhǔn)備03制作步驟04科學(xué)原理05安全規(guī)范06應(yīng)用拓展活動(dòng)介紹01主題背景與目的探索風(fēng)能轉(zhuǎn)化原理通過制作小風(fēng)車，引導(dǎo)參與者理解風(fēng)力如何轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，直觀感受可再生能源的應(yīng)用場(chǎng)景與科學(xué)原理。激發(fā)科學(xué)興趣以趣味性實(shí)驗(yàn)為載體，降低科學(xué)知識(shí)的理解門檻，激發(fā)青少年對(duì)物理、工程領(lǐng)域的探索熱情。培養(yǎng)動(dòng)手實(shí)踐能力活動(dòng)強(qiáng)調(diào)從設(shè)計(jì)到組裝的完整流程，鍛煉參與者的工具使用、材料加工及問題解決能力。核心教育價(jià)值跨學(xué)科知識(shí)整合環(huán)保意識(shí)培養(yǎng)STEAM教育實(shí)踐融合物理學(xué)中的流體力學(xué)、機(jī)械傳動(dòng)等概念，同時(shí)涉及材料科學(xué)和環(huán)保教育，形成綜合性學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）的多維度結(jié)合，提升參與者的創(chuàng)新思維與邏輯分析能力。借助風(fēng)能這一清潔能源案例，引導(dǎo)參與者思考可持續(xù)發(fā)展議題，樹立綠色生活理念。目標(biāo)受眾定位小學(xué)中高年級(jí)學(xué)生活動(dòng)難度適配該年齡段的認(rèn)知水平，通過直觀操作幫助理解基礎(chǔ)物理概念，同時(shí)滿足其好奇心與成就感需求。親子家庭參與設(shè)計(jì)協(xié)作式任務(wù)，鼓勵(lì)家長(zhǎng)與孩子共同完成，既強(qiáng)化家庭互動(dòng)，又促進(jìn)代際間的知識(shí)傳遞?？茖W(xué)興趣社團(tuán)作為社團(tuán)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，為已有科學(xué)興趣的青少年提供深化學(xué)習(xí)的平臺(tái)，進(jìn)一步拓展其技術(shù)應(yīng)用能力。材料準(zhǔn)備02基礎(chǔ)制作材料輕質(zhì)塑料片或硬紙板選擇厚度適中、易于裁剪的材質(zhì)，用于制作風(fēng)車葉片，確保轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)阻力小且不易變形。木質(zhì)或塑料桿作為風(fēng)車支撐軸，需具備一定強(qiáng)度和輕便性，長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整，通常建議在30-50厘米之間。金屬圖釘或鉚釘用于固定風(fēng)車葉片與中心轉(zhuǎn)軸，需選擇表面光滑、不易生銹的材質(zhì)，以減少轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦。彩色標(biāo)記筆或貼紙用于裝飾風(fēng)車葉片，增強(qiáng)視覺吸引力，同時(shí)可幫助觀察風(fēng)車旋轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)態(tài)效果?？蛇x輔助工具小型鉆孔器或錐子用于在風(fēng)車葉片中心打孔，確保孔洞大小與轉(zhuǎn)軸匹配，避免因孔徑過大導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)。熱熔膠槍或速干膠水用于加固風(fēng)車葉片與轉(zhuǎn)軸的連接部位，提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止松動(dòng)或脫落。剪刀或美工刀用于裁剪風(fēng)車葉片形狀，建議選擇鋒利且易于操控的工具，以確保切口平整無毛刺。尺子和圓規(guī)用于精確測(cè)量葉片長(zhǎng)度和角度，保證葉片對(duì)稱分布，避免因不平衡導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)效率降低。安全裝備清單防護(hù)手套工作臺(tái)墊護(hù)目鏡急救包在裁剪或鉆孔時(shí)佩戴，防止工具劃傷手指，尤其是兒童操作時(shí)需全程使用。使用尖銳工具或高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備時(shí)佩戴，避免碎屑或飛濺物進(jìn)入眼睛。選擇防滑且耐切割的墊子，保護(hù)桌面并防止工具滑動(dòng)，提升操作安全性。配備創(chuàng)可貼、消毒棉片等基礎(chǔ)醫(yī)療用品，用于處理輕微劃傷或擦傷，確保緊急情況及時(shí)處理。制作步驟03前期準(zhǔn)備事項(xiàng)材料選擇與檢查確保所有材料符合制作要求，包括輕質(zhì)葉片支架、軸承、連接件等，需檢查材料的完整性和適配性，避免因材料缺陷導(dǎo)致組裝失敗。工具清單確認(rèn)準(zhǔn)備齊全的工具如螺絲刀、鉗子、測(cè)量尺等，并確保工具功能正常，避免因工具缺失或損壞影響制作進(jìn)度。安全防護(hù)措施佩戴護(hù)目鏡和手套，防止在切割或組裝過程中受傷，同時(shí)確保工作區(qū)域通風(fēng)良好，避免吸入粉塵或有害氣體。核心組裝流程葉片安裝與平衡調(diào)整將葉片均勻固定在支架上，通過動(dòng)態(tài)平衡測(cè)試儀檢測(cè)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)的平衡性，必要時(shí)進(jìn)行微調(diào)以確保高速旋轉(zhuǎn)時(shí)無振動(dòng)。結(jié)構(gòu)加固與密封處理使用高強(qiáng)度膠水或焊接技術(shù)加固關(guān)鍵連接部位，同時(shí)對(duì)接口進(jìn)行防水密封處理，以提升小風(fēng)車的耐用性和環(huán)境適應(yīng)性。軸承與傳動(dòng)系統(tǒng)連接將軸承精準(zhǔn)嵌入主軸，涂抹潤(rùn)滑劑以減少摩擦，并測(cè)試傳動(dòng)系統(tǒng)的靈活性，確保動(dòng)力傳輸高效穩(wěn)定。測(cè)試與調(diào)試方法空載運(yùn)行測(cè)試在無風(fēng)環(huán)境下手動(dòng)啟動(dòng)葉片，觀察旋轉(zhuǎn)是否順暢，檢查是否有異響或卡頓現(xiàn)象，并記錄轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)參考。負(fù)載性能驗(yàn)證模擬不同風(fēng)力條件，測(cè)試小風(fēng)車在低、中、高風(fēng)速下的發(fā)電效率或機(jī)械輸出能力，分析數(shù)據(jù)以優(yōu)化葉片角度或傳動(dòng)比。故障診斷與修復(fù)針對(duì)測(cè)試中出現(xiàn)的異常振動(dòng)、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等問題，逐一排查軸承磨損、葉片變形或連接松動(dòng)等潛在原因，并針對(duì)性修復(fù)?？茖W(xué)原理04風(fēng)力轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能當(dāng)氣流作用于風(fēng)車葉片時(shí)，葉片因受力不均產(chǎn)生壓力差，驅(qū)動(dòng)風(fēng)車旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能。伯努利效應(yīng)應(yīng)用葉片設(shè)計(jì)需遵循空氣動(dòng)力學(xué)原理，上表面弧度大于下表面，氣流速度差異形成升力，提升風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)效率。阻力與升力平衡葉片角度需優(yōu)化調(diào)整，確保阻力最小化而升力最大化，避免因湍流導(dǎo)致能量損耗。機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)制軸心與軸承配合風(fēng)車中心軸需采用低摩擦材料（如尼龍軸承），減少旋轉(zhuǎn)阻力，確保動(dòng)能高效傳遞至傳動(dòng)裝置。齒輪變速系統(tǒng)穩(wěn)定性與平衡設(shè)計(jì)通過不同直徑齒輪組合調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可將低速高扭矩的葉片運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為高速低扭矩的輸出，適配發(fā)電機(jī)或展示裝置需求。葉片重量分布需對(duì)稱，動(dòng)態(tài)平衡測(cè)試必不可少，防止旋轉(zhuǎn)時(shí)因離心力引發(fā)振動(dòng)或結(jié)構(gòu)變形。123能量傳遞演示動(dòng)能至電能轉(zhuǎn)換連接微型發(fā)電機(jī)可將旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過LED燈或電壓表直觀展示能量轉(zhuǎn)換過程。01多級(jí)能量傳遞鏈設(shè)計(jì)皮帶輪或鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)，演示能量從風(fēng)車葉片→傳動(dòng)軸→負(fù)載設(shè)備的完整路徑。02效率量化分析引入功率計(jì)測(cè)量輸入風(fēng)能與輸出電能比值，分析能量損耗環(huán)節(jié)（如摩擦、發(fā)熱），優(yōu)化風(fēng)車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。03安全規(guī)范05材料使用安全選擇無毒性材料制作小風(fēng)車時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用環(huán)保、無毒的塑料或紙質(zhì)材料，避免使用含鉛、汞等有害物質(zhì)的部件，防止兒童接觸后引發(fā)健康風(fēng)險(xiǎn)。邊緣鈍化處理所有金屬或硬質(zhì)材料的邊緣需進(jìn)行打磨或包覆處理，確保無鋒利棱角，避免劃傷使用者皮膚或造成其他物理傷害。防火與耐高溫性能若涉及電子元件或光源，材料需具備阻燃特性，并遠(yuǎn)離高溫環(huán)境，防止因過熱引發(fā)燃燒或熔化風(fēng)險(xiǎn)。操作過程禁忌禁止使用尖銳工具兒童參與制作時(shí)，應(yīng)避免使用剪刀、美工刀等尖銳工具，改用安全剪刀或預(yù)切割材料，防止誤操作導(dǎo)致刺傷或割傷。避免電路裸露若涉及電路連接，需確保導(dǎo)線絕緣完好，禁止直接觸碰未包裹的導(dǎo)電部分，防止短路或觸電事故。限制高速旋轉(zhuǎn)測(cè)試小風(fēng)車組裝完成后，禁止在人群密集或狹小空間內(nèi)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)測(cè)試，以防葉片脫落或失衡造成物體飛濺傷害。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制通風(fēng)條件保障在噴涂顏料或使用膠水時(shí)，需選擇通風(fēng)良好的場(chǎng)所，避免揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)在密閉空間內(nèi)積聚，導(dǎo)致呼吸道刺激或頭暈等不適癥狀。地面防滑措施工作區(qū)域地面應(yīng)保持干燥整潔，必要時(shí)鋪設(shè)防滑墊，防止因工具或材料掉落引發(fā)滑倒、摔傷等意外。遠(yuǎn)離水源與潮濕環(huán)境電子元件或金屬部件需遠(yuǎn)離水槽、潮濕區(qū)域，防止受潮短路或加速材料銹蝕，影響安全性和使用壽命。應(yīng)用拓展06創(chuàng)新設(shè)計(jì)變體多葉片復(fù)合結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)角度葉片集成發(fā)電模塊聲光互動(dòng)版本通過增加葉片數(shù)量或采用交錯(cuò)排列方式提升風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率，葉片材質(zhì)可選用輕質(zhì)塑料或碳纖維以優(yōu)化動(dòng)態(tài)平衡。設(shè)計(jì)帶有鉸鏈結(jié)構(gòu)的葉片支撐架，允許手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整葉片迎風(fēng)角度，從而適應(yīng)不同風(fēng)速條件下的能量捕獲需求。在轉(zhuǎn)軸部位嵌入微型發(fā)電機(jī)，配合磁感應(yīng)線圈將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，輸出端可連接LED燈或小型儲(chǔ)能裝置實(shí)現(xiàn)能源利用。結(jié)合壓電傳感器與RGB燈帶，使風(fēng)車旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生可視化光效和音階變化，適用于兒童STEM教育中的跨學(xué)科教學(xué)。實(shí)驗(yàn)活動(dòng)延伸流體動(dòng)力學(xué)測(cè)試搭建風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使用煙霧發(fā)生器觀測(cè)葉片周圍氣流軌跡，定量分析不同葉片曲率對(duì)渦流形成的影響。材料強(qiáng)度對(duì)比分別采用卡紙、聚丙烯薄膜和鋁合金制作相同規(guī)格葉片，通過離心機(jī)測(cè)試其結(jié)構(gòu)失效臨界轉(zhuǎn)速并建立材料性能數(shù)據(jù)庫。能量轉(zhuǎn)換效率測(cè)算連接示波器測(cè)量發(fā)電機(jī)輸出電壓波形，結(jié)合風(fēng)速儀數(shù)據(jù)繪制功率曲線圖，引入伯努利方程計(jì)算理論最大效率值。環(huán)境適應(yīng)性研究在潮濕、沙塵等模擬環(huán)境中測(cè)試軸承密封性能，評(píng)估不同潤(rùn)滑方案對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性的影響。實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景微型氣象站配套裝置建筑通風(fēng)輔助設(shè)備偏遠(yuǎn)地區(qū)供電系