中華民國第 55 屆中小學科學展覽會作品說明書...

中華民國第 55 屆中小學科學展覽會

作品說明書

科別：物理科

組別：國小組

作品名稱：紙風車的「魔法書」

關鍵詞：軸心針、風力因素、葉片（最多三個）

編號：

金門縣 104年度科學作品研究計畫

研究

主題「紙風車」的魔法書參展科別國小組物理科

主要

器材

電風扇(可調風力強弱：微風、中風、強風)葉扇 14吋，最大風速 210m/min、

色紙、卡紙、圖畫紙、捲尺、免洗紙杯、寶特瓶、細棉線、大頭針、美式

圖釘、竹筷

研究

大綱

一、探討影響紙風車吹動的因素。

(一)風力大小。

(二)受風位置。

(三)風力遠近。

(四)風車材質(紙類材質)。

(五)風車大小

(六)葉片多寡。

二、搜尋可作為紙風車的生活取材。

三、享受做實驗的樂趣。

四、培養從事科學研究方法與態度。

研究

時間

104年 03月 04 日

至

104年 05月 06 日

與課程相

關性

◎康軒版生活學習領域第三冊第二大單元

─紙風車的轉動

◎康軒版自然與生活科技第五冊第三大單

元─力與運動

◎康軒版自然與生活科技第十一冊─簡單

機械

參考

資料

http://edu.ocac.gov.tw/CULTURECHINESE/vod30html/vod30_06.htm

http://www.xyes.tc.edu.tw/town/ch6/ch6110.htm

http://www.sonking.com.tw/page01.htm

http://www.kepu.com.cn/gb/earth/weather/wind

http://lib.khgs.tn.edu.tw/science

http://www.mynewton.com.tw/class/nature

「紙風車」的魔法書

一、摘要

本實驗最主要在研究影響紙風車的轉動因素，可針對紙風車的組成結構來討論：就紙風

車本身來說，可對其葉片數多寡、本身材質、厚薄度、風車大小來做探討研究；就紙風車的

軸心針來說，可對其軸心針的粗細、長短、插入木塊深度、以及材質所造成的摩擦力大小來

做探討；就外力因素而言，可對風力的大小、受風位置、距離風源的遠近來做觀察，找出能

夠使風車轉動變快的可能因素，做出完美的一本「紙風車的『魔法書』」！

二、研究動機：

校慶的時候，學校為了讓校園更活潑、更熱鬧，在中庭和後庭都掛上了許多七彩繽紛的

風車，在微風的吹拂之下，真是美麗極了。低年級的小弟弟、小妹妹們剛好配合生活學習領

域的課程，也上到製作風車的單元，哇！一時之間，真是風車滿天下，人手一枝風車，看得

我們這些六年級的心癢難搔，忍不住也做了幾枝過過癮。咦？怎麼你的風車不費什麼力就可

以吹動了，我的卻大風怎麼吹都不動搖？哎呀，這可得要好好的研究研究了。

三、研究目的：

（一）探討影響紙風車吹動的因素。

1.風力大小。

2.受風位置。

3.風力遠近。

4.風車材質(紙類材質)。

5.風車大小

6.葉片多寡。

（二）搜尋可作為紙風車的生活取材。

（三）享受做實驗的樂趣。

（四）培養從事科學研究方法與態度。

四、研究設備與器材:

品名數量單位

色紙 10 張

圖畫紙 10 張

卡紙 5 張

大頭針 1 盒

美式圖釘 1 盒

竹筷 1 包

寶麗龍板 1 塊

捲尺 1 捆

寶特瓶 1 個

免洗紙杯 1 條

細棉線 1 捲軸

膠帶 1 捲

電風扇 (可調風力強弱：微

風、中風、強風)葉扇 14 吋，

最大風速 210m/min

1 台

五、研究過程與方法:

認識風車的由來與歷史：

在我國，使用風車的歷史很早。在遼陽三道壕東漢

晚期的漢墓壁畫上，就畫有風車的圖樣。這表明，風車

在我國至少已有 1700 多年的歷史。明代開始應用風力水

車灌溉農田，並出現用於農副產品加工的風力機械了。

在埃及，還可以看到古代風磨的遺留品。現今保存

的一部份磨石，說明它大約還是兩千年以前所造成的。

這樣說來，東方國家的人民在上古時代就已經在利用風

力為他們工作了。

在歐洲，第一架風車大約是出現在西元八世紀的時候。到十九世紀，風車的使用達到全

盛時期。據記載，當時不僅荷蘭有一萬多架風車，美國農村更有 100 多萬架風車。

探討風車的今日地位。

隨著科技的發達，工業社會的來臨，核能、火力等高效能的動力取代了傳統風力的簡單

機械動力來源，也因此，曩昔運用大量風力的風車也逐步的走入歷史。一直到本世紀初，除

了多風的丹麥還保留有十多萬架風車。在英國、希臘等島嶼國家的鄉村中，以及在一些動力

資源缺乏和交通不便的草原牧區、沿海島嶼，仍然用它來抽水灌溉、碾米磨面、粉碎飼料，

或用它驅動小型發電機來照明外，多數歐洲國家已將風車發展為另一項觀光的產業，為風車

注入了新生命。

而在中國，風車也成為兒童的最佳玩伴，不管是紙風車、竹風車、或是風車笛，都陪伴

著兒童走過一段童年的歲月。

紙風車的製作方法：

紙風車的製作材料和工具都很簡單，主要材料是一張四方形的紙張，厚薄度和一般書寫

用的紙張相同，還需要一根二，三十公分長的細木筷，一個美式圖釘，以及為減免風車和木

筷間的摩擦力，在風車與木筷間得插入一小橡皮擦(大小約 5mmх5mmх2mm)。製作工具只需

要一把靈活好用的剪刀。

紙風車的做法也很簡單，先把正方形紙張對角折成三角形，再把三角形角折成一個小三

角形。

然後打開紙恢復原來正方形的形狀，這時候，可以很清楚的看見，四方形裡交叉著兩條

對角折線。我們用剪刀分別從正方形的四角，沿著折線由外向內各剪開三分之二的長度。

等四條折線都剪好之後，將正方形各被剪開成兩片的四角，各取同側的一片扇葉依序拉到

中央，把扇角一一相疊交錯各約一公分距離，再將一根美式圖釘穿過四個扇角、再穿過方形

紙中心點，然後插上小橡皮擦減少木筷與風車之間的摩擦力，再將之固定在木筷上，並留

5mm~7mm 的間距，一個美麗的紙風車即完成。

紙風車轉速的測量依據：

轉速快慢測量憑據：將風車背面近軸心處用膠帶黏上一細繩(如圖一)，當風車轉動時，會

牽動著繩子跟著捆捲(如圖二)，待風停，測量軸心所捲成圈的線長(如圖三)，線越長表示轉速

越快，反之，則越慢。

圖一圖二圖三

探討影響紙風車吹動的各項因素

初步了解風車的製作方法後，我們找出影響風車運動的各項因素，並依照自己本身的能

力與材料限制設計以下的實驗:

(一)實驗：風力大小

控制變因：相同用 12cmх12cm 大小、圖畫紙材質、

葉片數為 4 的風車、受風位置由正面吹

、風源距離紙風車 2 公尺、受風時間 10

秒、軸心針使用美式圖釘。

操作變因：電風扇所能夠達到的『微風』、『中風』

、『強風』、等不同大小的風力。

1.實驗步驟：

(1)製作圖畫紙材質的紙風車 1 個，並在其接近軸心

處以膠帶固定上一長細棉線。

(2)電風扇放置於距離紙風車 2 公尺的地方。電源打

開，使電風扇直吹紙風車。

(3)相同條件下，依上述步驟實驗五次，並將結果紀

錄於下：

2.實驗結果：經初步實驗及分析評估後得到下列結果：（得★數愈多者表示紙風車轉動得愈快）

風速微風中風強風

快慢 ★ ★★ ★★★

線

長

第一次 2.8cm 7.6cm 11.2cm

第二次 2.6cm 7.2cm 13.4cm

第三次 3.4cm 7.9cm 11.9cm

第四次 3.0cm 8.9cm 12.8cm

第五次 3.5cm 8.8cm 12.3cm

平均 3.1cm 8.1cm 12.3cm

3.發現與討論

電風扇的風力若調為微風時，紙風車只有微微的轉動，捆捲進入的細線長度平均為

3.1cm；調到中風時，可以很明顯的觀察到紙風車轉動變快了，捲進的細線更長，平均有 8.1cm

長；再將風力調到強風時，紙風車轉動得更快，好像整枝紙風車都要被吹走似的，捆捲進入

的細線長度平均可達 12.3cm。因此，我們得到這樣的結論：風力的大小與風車的轉速有直接

的關係；風力越大，紙風車轉速越快，風力越小，紙風車轉速越慢。

(二)實驗：受風位置

控制變因：相同用 12cmх12cm 大小、圖畫紙材

質、葉片數為 4 的風車、風源距離

紙風車 2 公尺、風力大小均調為強

風、受風時間 10 秒、軸心針使用美

式圖釘。

操作變因：風源從紙風車的正面直吹、背

面直吹、側面直吹。

1.實驗步驟：

(1)製作圖畫紙材質的紙風車 1 個，並在接近軸心處以膠帶固定黏上一長細線。

(2)將電風扇放置於距離紙風車正面 2 公尺處，使電風扇直吹紙風車。

(3)將電風扇放置於距離紙風車側面 2 公尺處。

(4)將電風扇放置於距離紙風車背面 2 公尺處。

(5)在相同條件下，依上述步驟實驗五次，並將結果紀錄於下表中。

2.實驗結果：經初步實驗及分析評估後，得到下列結果：

風向正面直吹側面直吹背面直吹

快慢 ★★★ ☆ ★★

線

長






平均 12.1cm 1.0cm 5.1cm

3.發現與討論

當風源從紙風車的正面直吹時，轉速依舊很快，10 秒內可以達到平均 12.1cm 的捆捲長

度；當紙風車的風源改變，改成由側面直吹時，紙風車就很難轉動，有一陣沒一陣的轉動，

甚至有時只動了一點點，平均捆捲的長度平均只有 1.0cm；當風源位置從背面直吹時，紙風

車轉動雖然仍屬順暢，但是轉速仍慢，與正面直吹相較，更是慢上許多，在 10 秒內只能捆

捲進平均 5.1cm 的長度。因此我們得到這樣的結論：風源從正面直吹過來，紙風車的葉扇直

接感受到風力，所以轉速最快。當風源從背面直吹時，葉扇感受到的風力較少，所以轉速

也較慢。當風源移轉到紙風車的側面吹時，雖然風源方向與紙風車轉動方向相同，但同時

也感受到另一股與紙風車轉動方向相反的力量，所以反而造成紙風車很難轉動。

(三)實驗：風力遠近

控制變因：相同用 12cmх12cm 大小、圖畫紙材質、葉片數為 4 的風車、受風位置正面直

吹、電風扇風源設為強風、受風時間 10 秒、軸心針使用美式圖釘。

操作變因：將電風扇位置固定，紙風車與電風扇的距離依序調為 2m、3m、4m

1.實驗步驟：

(1)將紙風車置於距電扇 2 公尺處，使電風扇直吹紙風車。

(2)將紙風車置於距離電扇 3 公尺處，使電風扇直吹風車。

(3)將紙風車置於距離電扇 4 公尺處，使電風扇直吹紙風車。

(4)在相同條件下，依上述步驟實驗五次，並將結果紀錄於下表中。

2.實驗結果：經初步實驗及分析評估後，得到下列結果：（得★數愈多者表示紙風車轉動得愈

快）

距離 2m 3m 4m

快慢 ★★★ ★★ ★

線

長






平均 13.1cm 5.5cm 1.3cm

3.發現與討論

風源距離為 2 公尺時，紙風車直接感應到風力，所以轉速非常快，平均可以捆捲 13.1cm

長的線來；將風源距離拉長至 3 公尺時，紙風車轉速變弱，但平均仍能有 5.5cm 的線長；

風源距離拉長至 4 公尺時，風車只有些微的轉動，有一陣沒一陣的轉動，速度緩慢得讓人

幾乎要誤以為它要停下來了，捆捲的線段平均只有 1.3cm 的長度。所以我們得到這樣的結

論：風車距離風源越近，風車所受風力越大，轉速就越快；風車距離風源越遠，所受風力

越小，轉速就越慢。

(四)實驗：風車材質(紙類材質)

控制變因：相同用 12cmх12cm 大小、葉片數為 4 的風車、受風位置正面吹、風源距離紙

風車 2 公尺、受風時間 10 秒、風力設定為強風、軸心針使用美式圖釘。

操作變因：色紙風車、卡紙風車、圖畫紙風車。

1.實驗步驟：

(1)製作出色紙風車、卡紙風車、圖畫紙風車各一。

(2)電風扇置於距風車 2 公尺處，使電風扇直吹風車。

(3)相同條件下，依上述步驟實驗五次，將結果紀錄於下表。

2.實驗結果：經初步實驗及分析評估後，得到下列結果：

材質色紙風車卡紙風車圖畫紙

快慢 ★ ★ ★★★

線

長






平均 3.1cm 5.3cm 12.8cm

3.發現與討論

當風車紙質為圖畫紙時，厚薄度適中，所以在強風下，轉速很快，平均捆捲長度仍有

12.8cm，但將紙風車材質轉為紙質很薄的臘光紙色紙時，紙質太薄了，反而在強風的吹襲之

下，葉片容易扭曲而往竹筷的方向擠壓，造成與竹筷之間的摩擦力加大，而無法達到轉動

的效果，平均捆捲長度只有 3.1cm；當風車材質換成紙質較硬的卡紙時，轉速反而也不快，

平均只有 5.3cm 的長度。所以我們得到這樣的結論：紙質過薄(如：色紙)時，風車反而會受

風源的空氣壓力影響，葉扇產生扭曲，轉速反而不快。反之，紙質過厚時(如：卡紙)，風車

轉動也較慢。

(五)實驗：風車大小

控制變因：相同用圖畫紙材質、葉片數均為 4 的風車、受風位置均由正面吹、風源距離紙

風車均為 2 公尺、受風時間均為 10 秒、風力大小均為強風、軸心針均使用美

式圖釘。

操作變因：圖畫紙材質風車，大小分別為 4cmх4cm、12cmх12cm、20cmх20cm、

1.實驗步驟：

(1)製作出各種大小不同的風車各一，其長寬分別為 4cmх4cm、12cmх12cm、20cmх20cm。

(2)電源打開，使電風扇直吹風車。

(3)在相同條件下，依上述步驟實驗五次，並將結果紀錄於下列表中。

2.實驗結果：經初步實驗及分析評估後，得到下列結果：（得★數愈多者表示紙風車轉動得愈

快）

大小 4cmх4cm 12cmх12cm 20cmх20cm

快慢 ☆ ★★★ ★★★★

線

長






平均 0.8cm 7.4cm 12.4cm

3.發現與討論

當風車大小為 4cmх4cm 時，風車很難轉動，有一陣沒一陣的，甚至有時候完全沒有

轉動，平均捆捲長度只有 0.8cm；當風車加大到 12cmх12cm 時，風車轉速有快一些，平

均為 7.4cm；當風車再加大，到 20cmх20cm 時，轉速就更快了，可以捆捲的長度更長，

平均為 12.4cm；我們覺得很好玩。因此我們得到這樣的結論：風車越大，則葉片越大，轉

速也越快；但轉速與葉片大小並不成正比。

(六)實驗：葉片多寡

控制變因：相同用免洗紙杯風車、受風位置正面吹、風源距離紙風車 2 公尺、受風時間

10 秒、風力大小強風、軸心針使用美式圖釘。

操作變因：葉片數分別為 2 片、4 片、8 片的免洗紙杯風車。

1.實驗步驟：

(1)製作出各種葉片數的免洗紙杯風車各一，葉片數分別為 2 片、4 片、8 片。

(2)電風扇放置於距離風車 2 公尺的地方。使電風扇直吹風車。

(3)在相同條件下，依上述步驟實驗五次，並將結果紀錄於下列表中。

2.實驗結果：經初步實驗及分析評估後，得到下列結果：（得★數愈多者表示紙風車轉動得

愈快）

葉片數 2 片 4 片 8 片

快慢 ★ ★★★ ★★★★

線

長

第一次 2.5cm 13..0cm 14.8cm

第二次 6.4cm 13.0cm 15.0cm

第三次 6.6cm 11.9cm 16.0cm

第四次 6.0cm 12.0cm 15.8cm

第五次 6.1cm 13.2cm 15.5cm

平均 5.5cm 12.6cm 15.4cm

3.發現與討論

當葉片數為 2 片時，轉速不快，捆捲長度平均只有 5.5cm 長；但若將葉片數增加至 4

葉時，紙風車轉速變快，平均可以達到 12.6cm；我們再將葉片數增加到 8 葉，發現，果然

風車的轉速更快，可以達到 15.4cm 的平均長度。因此，我們得到這樣的結論：葉片數越

多的風車，轉速越快。這可能是因為紙風車受風時，每一葉片均受有風力，葉片數越多，

則葉片風力加成的結果。

六、研究限制

在探究影響紙風車轉動快慢的因素中，我們多是以改變紙風車的本身或是風源的改變來

進行實驗，其實影響紙風車的轉動還有一項很重要的因素──『軸心針』，舉凡軸心針的長短、

插入木筷深度、軸心針的粗細、以及軸心針的材質(如：使用牙籤或圖釘有何影響)……等，都

是很有趣的題材，我們也很感興趣的拿各種不同的素材來著手實驗，可是卻遭遇到許多無法

突破的、技術性的困難，以至於實驗往往都無法成功。

比如說：研究軸心針的長短對紙風車轉速的影響時，我們拿圖釘、大頭針、以及美式圖

釘等各種長度不同的軸心針來做研究，可是每次的實驗卻很難將插入的深度控制在一定的距

離內，往往都有幾公厘的差異，加之丈量不易，因此實際操作困難。

以及在做軸心針材質對風車轉速的影響時，我們考慮到：不同材質對風車本身所產生的

摩擦力，也是影響風車轉速的一大因素。因此我們想了各種不同的生活素材來替代，有：牙

籤、竹筷、髮夾……等，可是也許是技術性層面的問題，比如說：必須克服這些生活素材如

何插入木筷內固定的問題。所以當真的使用這些生活素才來當軸心針後，風車反而一動也不

動，或是因為固定不易，所以很容易散掉或是脫落而造成實驗的誤差、失敗。

我們想，將來若能針對這幾個問題著手，找出克服困難的關鍵，那軸心針對風車的影響

也能找到答案了！

七、結論與討論

綜合上述實驗所得我們發現：

1.就風力大小而言：風力的大小與風車的轉速有直接的關係；風力越大，紙風車轉速越快，

風力越小，紙風車轉速越慢。

2.就受風位置而言：風源從正面直吹過來，紙風車的葉扇直接感受到風力，所以轉速最快。

當風源從背面直吹時，葉扇感受到的風力較少，所以轉速也較慢。當風源移轉到紙風車的

側面吹時，雖然風源方向與紙風車轉動方向相同，但同時也感受到另一股與紙風車轉動方

向相反的力量，反而造成紙風車很難轉動。

3.就風力遠近而言：風車距離風源越近，風車所受風力越大，轉速就越快；風車距離風源越

遠，所受風力越小，轉速就越慢。

4.就風車材質而言：以紙類來說，紙質過薄(如：色紙)時，風車反而會受風源的空氣壓力影響，

葉扇產生扭曲，轉速反而不快。紙質過厚時(如：卡紙)，風車轉動也較慢。

5.就風車大小而言：風車越大，則葉片越大，轉速也越快；但轉速與葉片大小並不成正比。

6.就風車葉片數多寡而言：葉片數越多的風車，轉速越快。這可能是因為紙風車受風時，每

一葉片均受有風力，葉片數越多，則葉片風力加成的結果。

八、未來展望

搜尋可作為風車的生活素材，有

1.寶特瓶風車：

2.免洗紙杯風車： 3.紙環風車：

4.鐵片風車(以火柴棒為軸心)： 5.鐵片風車(雙鐵片葉片)：

6.塑膠風車：

九、參考資料


http://www.kepu.com.cn/gb/earth/weather





科學模型動動手：風車和水車－從紙風車到水(作者：彼得佛萊明譯者：招貝華；

出版社：神燈創意出版股份有限公司)


http://www.kepu.com.cn/gb/earth/weather/wind





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