用纸做一个风向风速仪

用纸做一个风向风速仪：手工打造简易气象观测工具

气象观测是科学探索的基础课题之一。无论是户外活动爱好者、自然教育工作者，还是对天气现象充满好奇的孩子，都可以通过自制简易工具观察风的变化。本文将详细讲解如何用纸张等常见材料制作一款可实际使用的风向风速仪，并通过科学原理剖析其工作逻辑，帮助在动手实践中理解气象知识。

一、材料准备与设计思路

1. 基础材料清单

硬卡纸（厚度建议180g以上）

塑料吸管（长度15cm左右）

图钉或金属轴

带橡皮擦的铅笔

直尺、量角器、剪刀

双面胶或白乳胶

2. 结构设计原理

风向风速仪由三部分构成：指向系统（箭头与尾翼）、旋转支撑系统（吸管与转轴）和底座。当风力作用于尾翼时，箭头始终指向风的来向；而旋转杯的设计则能通过转动速度反映风力强度。重点实现方向指示功能，并辅以简易风速观测方法。

二、分步制作指南

步骤1：制作风向标主体

在卡纸上绘制等腰三角形作为箭头头部（底边4cm，高度10cm）

剪裁梯形尾翼（上底3cm，下底6cm，高度12cm）

用吸管作为连接杆，将箭头与尾翼对称粘贴于吸管两端

关键提示：尾翼面积需大于箭头，确保重心后移，避免转动时失衡。

步骤2：组装旋转结构

取另一根吸管，垂直固定在铅笔顶端（可用胶带缠绕加固）

用图钉穿透第一根吸管中心点，将其固定在垂直吸管顶部

测试转动灵活性：轻吹风向标，确保能360°自由旋转

步骤3：制作风速测量组件（选装）

剪裁4个直径5cm的半圆形纸片

将其两两对粘形成圆锥体风速杯

用细铁丝将风速杯固定在水平吸管上，连接至主支架

三、科学原理深度解析

1. 风向判定机制

当气流经过装置时，尾翼因面积较大承受更多风压，促使整个系统绕轴旋转直至箭头正对风源。这种现象符合流体力学中的压力差原理：物体在流体中，受压强较小的一面会产生推动力。

2. 风速估算方法

目测法：观察尾翼摆动幅度（需预先标定刻度）

旋转计数法：记录风速杯30秒内转动圈数（1圈≈0.5m/s）

参照物对比：对照蒲福风级表，通过树叶、旗帜的状态辅助判断

四、实用场景与教学延伸

1. 户外实践应用

露营时判断帐篷开口方向

配合手机指南针APP记录风向变化

绘制简易风玫瑰图分析区域风向规律

2. 课堂教学拓展

结合地理课程讲解季风成因

在物理课上演示力矩平衡实验

开展连续性气象观测记录训练

创新实验设计：

将两个风向仪分别置于建筑物前后，对比分析地形对局部风场的影响，引导学生理解"狭管效应"等地理现象。

五、精度优化与维护技巧

1. 提升灵敏度

用蜡纸覆盖尾翼表面降低摩擦阻力

在转轴处涂抹凡士林减少摩擦力

增加垂直支架高度（建议离地1.5米以上）

2. 数据校准方法

选择无风天气用指南针校正基准方向

用电子风速计进行对比测量建立换算公式

定期检查转轴是否变形影响灵敏度

3. 长期保存建议

表面喷涂透明防水漆

拆卸后分部件存放于干燥环境

金属部件涂抹防锈油

六、环保意义与创新改造

本作品单件材料成本不足2元，却可替代上百元的气象教具。通过废物利用（如用饮料瓶替代底座、旧CD作旋转盘），能将资源消耗降至更低。已有学校通过该项目开展跨学科实践：

艺术课设计个性化外观涂装

数学课计算最佳比例尺寸

编程课结合micro:bit制作数字显示模块

这款纸质风向风速仪不仅承载着气象观测的基础功能，更是一把开启科学大门的钥匙。当亲手制作的箭头随风转动时，抽象的气象知识转化为具象的物理运动，这种直观的认知体验正是STEM教育的精髓所在。期待在实践中收获观察自然的乐趣，培养持续探索的科学精神。