PDF《科别：地球科学科》

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三、实验13:研究口径与仰角对於暴风半径、稳定度(以每

30 秒龙卷风涡 旋存在秒数为基准)及气流组织状态的影响 (1)假设:如果在同一下方电压、对流高度、上方电压,口径与仰角的 不同(模拟口径与仰角间对龙卷风影响的关系) (2)控制变因:抽风扇电压为80V,下方风扇电压为110V,流高 度70cm (3)操作变因:仰角为0°、22?5°、45°、67?5°、90°,使 用口径(半径)2cm、4cm、6cm、8cm、 10cm、12cm之镂空厚纸板,置入适量乾冰於热 水中,分别观察及测量其形成之型态 陆、研究结果 实验一数急 1.33 1.42 1.50 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50 1.55 2cm 4cm 6cm 8cm 10cm 12cm 口径 平均半径 (cm)

7 实验二数急 2.83 2.17 1.83 1.58 1.50 1.33 1.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 50V 60V 70V 80V 90V 100V 110V 上方电压 平均半径 (cm) 实验三数急 2.33 1.75 1.50 1.17 0.92 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 50V 60V 70V 80V 90V 100V 110V 下方电压 平均半径 (cm)

8 实验四数急 1.42 1.58 1.75 1.83 1.92 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 50cm 60cm 70cm 80cm 90cm 高度 平均半径 (cm) 实验五数急 1.83 1.58 1.08 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 0° 22.5° 45° 67.5° 90° 仰角 平均半径 (cm)

9 50

60 70

80 90

100 110

2 6

10 0

1 2

3 4

5 6

7 8 平均半径 上方电压 口径 实验六数急

2 4

6 8

10 12

50 60

70 80

90 100

110 50

70 90 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 平均半径 上方电压 高度 实验七数急

50 60

70 80

90 10

50 60

70 80

90 100

110 2

4 6

8 10

12 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 平均半径 上方电压 口径 实验八数急

2 4

6 8

10 12

50 60

70 80

90 100

110 0° 22.5° 45° 67.5° 90° 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 平均半径 下方电压 仰角 实验九数急 0° 22.5° 45° 67.5° 90°

11 50

60 70

80 90

100 110

50 60

70 80

90 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 平均半径 下方电压 高度 实验十数急

50 60

70 80

90 50

60 70

80 90

100 110 0° 45° 90° 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 平均半径 下方电压 仰角 实验十一数急 0° 22.5° 45° 67.5° 90°

12 2

4 6

8 10

12 50

70 90 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 平均半径 口径 高度 实验十二数急

50 60

70 80

90 100

2 4

6 8

10 12 0° 22.5° 45° 67.5° 90° 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 平均半径 口径 仰角 实验十三数急 0° 22.5° 45° 67.5° 90°

13 柒、讨论

一、判断上方电压对於暴风半径的关系 证明:以铅直圆运动来印证上方电压对於暴风半径的影响 设上方电压50V 时,抽风抽风效率为A(假设为一个力) 上方电压110V 时,抽风抽风效率为B(假设为一个力) ac 为向心加速度,r为暴风半径 因为B>

A 所以 mac(B)>

mac(A) ac(B)>

ac(A) r(A)>

r(B) 所以上方电压愈大时,龙卷风的暴风半径愈小 同理可证明对流高度对於暴风半径的影响 对流高度愈低,暴风半径愈小

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二、判断风切电扇的仰角对於暴风半径的影响 由实验数弥:水平风切速率愈大 暴风半径愈小 风扇气流方向 风扇 风扇气流方向 风扇 风扇气流方向 风扇 设风切电扇效率x,由图可知水平分量 xcos22.5°>

xcos45°>

xcos67.5° 由其分力可知,仰角 67.5°时,水平风切分力大於 45°及22.5° 在比照实验数罂梢缘弥鼋 67.5°的暴风半径 均较 45°为大,而仰角 22.5°则因水平风切分力太小而无法形成 (除仰角变因,其余变因均不变的环境下) 注:由於实验仪器不够精密,无法明确测量出形成围的仰角极值 故只讨论45°?67?5°之间