【Gravity】Mind+掌控板进阶教程-项目十三 风帆车

项目十三 风帆车

在新西兰的海边，有一项刺激的冒险运动——风帆车。风帆车实际上是一种卡丁车，在此基础上加上了一块帆，起风的时候，它可以借助风力极速前进，乐趣十足。

在这个项目中，将制作一辆风帆车，并探究如何让它跑的更远。
如何一步一步完成项目呢？一起来头脑风暴吧！

头脑风暴

问题清单

1、如何制作一辆车呢？

2、小车轮子是固定在车上的吗？如何让轮子转起来呢？

3、帆是风帆车捕捉风能的重要工具，怎么制作帆呢？

4、由于自然风时有时无，时大时小，且风向不定，用来驱动车辆难顺人意，怎么保证有稳定的风源呢？

5、在风力不变的情况下，猜想一下，影响风帆车行驶距离的因素会有哪些？是帆的大小、位置、形状吗？还是车的重量？

6、尝试就问题5提出一种假设，并通过实验的方法验证自己的假设。

核心知识点

在这个项目中，为了便于了解风的产生和风推动风帆车前进的原理，先来简单学习几个概念。

压强（结合物理学科）

物理学中把垂直作用在物体表面上的力叫做压力。压强是表示物体单位面积上所受力的大小的物理量。压强是用来比较压力产生的效果，压强越大，压力的作用效果越明显。如下图，图左受力面积小，压强大，桌子陷的深；图右受力面积大，压强小，陷的浅。

压强在固体、液体、气体中都存在，气体中的压强称为气压。我们知道，风是由空气流动引起的一种自然现象。而空气的流动主要是由气压差引起的，这又是为什么呢？

伯努利原理

1726年，丹尼尔·伯努利首先提出：“在水流或气流里，如果速度小，压强就大；如果速度大，压强就小”，我们称之为“伯努利原理”。比如拿起两张抽纸，往中间吹气，会发现纸不但不会向外飘去，反而会被一种力挤压在了一起。因为两张纸中间的空气被我们吹得流动的速度快，压力减小，而两张纸外面的空气没有流动，压力比内侧大，所以外面力量大的空气就把两张纸“压”在了一起。这就是“伯努利原理”原理的简单示范。

同样，在大气中，由于各种原因，不同地方的气压不相同，气压差会导致气体从压强大的地方流向压强小的地方，所以产生了风。大自然的风总是飘忽不定，难以捉摸，所以聪明的人类发明了电风扇！

为什么风扇的叶片是斜的呢？

想一想，在闷热的夏天，打开电风扇，吹着悠悠的凉风，多么惬意！为什么风扇可以产生风呢？和扇叶的形状有关系吗？试想一下，如果风扇的叶面变成平的，还会产生风吗？

我们知道电风扇的扇叶不是平的，是有一定弯曲的，当风扇转动，叶面增强了风扇前端的空气流速，从而造成两边空气压强不同。根据伯努利原理，风扇前后压强不同，加快后面的空气向前流动，就会形成向前的风！那为什么风扇前面有风、后面没风呢？那是因为前面的风比较集中，感受的风大，而后面流入的空气来源范围大，流速比较慢，人不太感觉得到。 

规划方案

功能分解

在这个项目中，为了让风帆车可以顺利跑起来，需要制作一台风扇提供风源。然后再制作一台风帆车，借助风力行驶起来。在这个过程中，我们将会探索如何延长风帆车的行驶距离，并通过实践制作一辆能跑的最远的风帆车。

构造外观

问题记录

在后面项目实现过程中，可能会遇到各种各样的困难，尝试在下表中记录你遇到的问题和解决办法，便于以后出现类似问题时能更好的面对。

功能实现
功能1：制作小车

为风帆车制作一个小车底座，可以采用四轮车的结构，也可以是三轮车。

制作时可以使用平时生活中常见的各种材料，比如轮子可以用饮料瓶盖。

需要注意的是，车轮一定要可以顺滑的转动，否则车轮卡的比较紧的话，即使有风，小车也很难前进。

功能2：制作风帆车

为小车加上一面帆，小车就可以在风中行驶啦！可以将纸或者布剪出三角形、四边形或者其他形状作为帆，然后固定在小车上，完成风帆车的制作。

功能3：制作风扇

从前面的分析我们知道，在制作扇叶时，要让扇叶弯曲一定的弧度，这样才能产生向前的风！使用电机为风扇提供动力。
连线图：

扇叶的制作方法有很多，比如使用纸片、塑料瓶等。注意将电机固定到风扇上，并搭建一个牢固的底座。

在实际操作时，由于电机转速不够，产生的风力会比较小，有什么办法可以加大风力吗？
或许可以考虑做一些提高风扇转速的装置，比如齿轮加速、滑轮加速等；或者改善扇叶，适当增加扇叶数量、增加弯曲程度。大家不妨动手试试吧！
打开做好的风扇，让你的风帆车在风中驰骋！注意调整帆的角度，获得更大的风力！

功能4：实验探究：如何延长风帆车行驶距离？

风帆车借助风力就可以行驶，如何延长它的行驶距离呢？改变帆的大小、位置、形状或者车的重量会有影响吗？尝试提出一个假设，然后通过实验验证你的假设。因为这里很多因素都会影响行驶距离，所以采用“唯一变量原则”，即只有一个变量而排除其他因素的干扰，从而验证这个唯一变量的作用。
比如，提出假设：帆变大可以延长行驶距离。接下来，验证假设：制作大小不同的帆，安装在同一辆小车上，保证其他条件不变，然后多次实验，在表格中记录对应数据。

你也可以提出其他的猜想，然后通过这样的实验方法来做验证。对于上面这个假设，在实际操作过程中会发现，帆的面积比较小的时候，行驶距离短，随着面积增大，行驶距离变大，但是当帆越来越大后，行驶距离又会变短。
思考一下，为什么积极的影响会变成消极的影响呢？

拓展研究：逆风航行

过去的帆船可以逆风航行吗？尝试查阅相关资料，了解帆船逆风航行的原理。再思考一下，风帆车是否也可以逆风行驶呢？

评价与反思

与人分享快乐，能产生更多快乐，尝试与身边的朋友一起制作风帆车，看看谁得小车跑的最远！你还可以在DF创客社区中分享作品，听听更多人的建议！
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自我反思

梳理自己设计项目的思维逻辑、项目在执行层面的问题和经验等等，可以帮助我们形成学习的闭环，加深在项目进行的过程中对知识点和内容的理解，找到可以改进和提高的地方。