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风速及其测量
风是由空气流动引起的一种自然现象,风既有方向也有快慢.地面气象观测中测量的是水平运动的风,用风向和风速表示.
风向标是测定风向的设备.如图甲所示的风向标是一个形状不对称的物体,在风的作用下,对空气流动产生较大阻力的一端便会转动至顺风方向,从而显示风向.
风杯式风速计是测量风速的最常用的工具,它主要由三大部分组成:风杯组件、支撑及转动机构(如支座、轴、转盘等零件)、信号采集与处理系统.风杯组件由三个圆锥形或半球形的空杯组成,如图乙所示.空心杯壳固定在互成120°的三叉星形支架上,杯的凹面顺着一个方向排列,在水平风力的驱动下风杯组件朝着杯凹面后退的方向旋转,主轴和转盘在风杯组件的带动下一起旋转.风速不变时,风杯稳定后也作匀速转速,即单位时间内风杯转过的圈数是一个确定的值,实验表明,风速越大,风杯的转速也越大,风杯的转速与风的速度成正比.
转盘上固定有N个小磁铁,当小磁铁正对磁敏开关时,磁敏开关导通,不正对时,磁敏开关断开,风杯组件每旋转一周,电路a、b端就会输出若干个周期的脉冲信号,其信号如图所示.信号的频率随风速的增大而成正比例地增加.该脉冲信号由计数器计数,经换算后就能得出实际风速值.
(1)风向标是测定风向(风向/风速)的设备,若风从正北方吹来,图甲所示的风向标的箭头指向正北(正南/正北)
(2)对于同一个风杯式风速计,若风速增大为原来的2倍,则风杯的转速变为原来的2倍;图丙中若以转盘上的某个磁铁为参照物,磁敏开关是运动(静止/运动)的.
(3)测速电路中,开关S闭合,当磁铁靠近磁敏开关时,电路a、b输出高电压(高电压/低电压),由图丁可知电源电压为5V;
(4)风速恒定时信号采集电路a、b输出的电压信号如图丁所示,若风速增大为某一确定值,则电压信号图象中的时间间隔与原来相比A
A.时间间隔(t
2-t
1)减小,时间间隔(t
3-t
2)减小
B.时间间隔(t
2-t
1)增大,时间间隔(t
3-t
2)增大
C.时间间隔(t
2-t
1)减小,时间间隔(t
3-t
2)增大
D.时间间隔(t
2-t
1)增大,时间间隔(t
3-t
2)减小
(5)若题中N=10,t
1=0.15s,t
2=0.20s,t
3=0.35s,由此可知风杯组件(或转盘)的转速为每分钟30转.