制作水火箭-研究性學(xué)習(xí)結(jié)題論文

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2011年9月29日21時16分0秒，天宮一號在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。載人航天工程總指揮常萬全宣布天宮一號目標(biāo)飛行器發(fā)射圓滿成功。中國從發(fā)射“神七”到發(fā)射“天宮一號”，從“天宮一號”的設(shè)計到發(fā)射，只用了很短的時間，這在國際航天領(lǐng)域是非常突出和令人矚目的事件。在國際空間科研和實驗中，中國的進(jìn)展速度最快，超過了任何國家。如此種種讓無數(shù)的中華少年感到由衷的自豪和高興，并相信中國將會取得更大的成功。研究目的：1.通過水火箭制作與發(fā)射活動，初步了解火箭發(fā)射的有關(guān)科學(xué)知識，懂得航天火箭的原理；在實踐的過程中，培養(yǎng)在實踐中反復(fù)探究、遇到問題采取反復(fù)實踐、借助已有生活經(jīng)驗、學(xué)習(xí)他人經(jīng)驗等方法去再創(chuàng)造，不斷解決問題的能力，同時提高創(chuàng)造能力培養(yǎng)學(xué)生的合作精神，探究意識及認(rèn)真細(xì)致、敢于創(chuàng)新、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度；2.水火箭是寓教于樂、科技含量高,深受廣大青少年喜愛的動手、動腦的科普教材?？梢宰屛覀冎庇^了解導(dǎo)彈,運(yùn)載火箭的發(fā)射升空,回收的過程,導(dǎo)彈的飛行與飛機(jī)的飛行原理及不同點(diǎn)。解釋牛頓第一、第二、第三定律（作用與反作用、慣性、能量守恒定律）了解一些基本的空氣動力學(xué)和飛行力學(xué)等方面知識。使廣大青少年了解航天科技，熱愛航天科技,為國家航天事業(yè)培養(yǎng)、造就、輸送優(yōu)秀人才。如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!授課：XXX授課：XXX如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!授課：XXX研究對象：水火箭水火箭，又稱氣壓式噴水火箭、水推進(jìn)火箭。是利用廢棄的飲料瓶制作成動力艙、箭體、箭頭、尾翼。灌入三分之一的水，利用打氣筒充入空氣到達(dá)一定的壓力后發(fā)射。是利用水和空氣的質(zhì)量之比（水的密度是空氣的771倍），壓力空氣把水從火箭尾部的噴嘴向下高速噴出，在反作用下，水火箭快速上升，加速度、慣性滑翔在空中飛行，像導(dǎo)彈一樣有一個飛行軌跡，最后達(dá)到一定高度的火箭模型。發(fā)射原理：用“塞子”塞緊的大礦泉水瓶，形成一個密閉的空間．把氣體打入密閉的容器內(nèi)，使得容器內(nèi)空氣的氣壓增大，容器內(nèi)空氣的氣壓最大時打氣筒被迫與容器斷開連接此時迅速扭開“塞子”，容器內(nèi)水向后噴出，獲得反作用力射出．課題成員分工：張琛欣、譚靈妃：上網(wǎng)查找資料張思睿、李思雨、陳宇璐、湯為、游迷熵：詢問老師、專家，設(shè)計草圖胥哲、李梓健：實驗全體組員：總結(jié)、論文撰寫研究方法1.水火箭的豎直升高高度與瓶內(nèi)水位的關(guān)系水火箭的豎直升高高度與瓶內(nèi)水位的關(guān)系可以通過做實驗的方法獲得：通過實驗得出，當(dāng)水量為1/3時，水火箭飛地最高．由實驗結(jié)果看出：氣壓與射程成正比．這是因為氣壓越大，噴水的力量越大，水火箭的沖量越大，水火箭做反沖運(yùn)動．而在發(fā)射水量為1000ml以上時，水火箭中的水未噴完，由于氣壓減小就停止了加速，增加水火箭的重量，使水火箭受重力影響而提前墜落了．質(zhì)量越大，所需提供的動量就越大，當(dāng)質(zhì)量一定時，速度越大動量越大．而提高速度的方法是提高單位時間內(nèi)的噴水量．所以，只有當(dāng)水火箭內(nèi)的氣壓與水量適當(dāng)時，才能飛地更遠(yuǎn)更高．實驗中發(fā)現(xiàn)，若水量大于固定氣壓所能噴射的上限，則水火箭中的水不會噴完，要如何避免水噴不完的情形呢？根據(jù)PV=nRT，可求出一定氣壓所能噴出的水量上限．若是水量不夠一定氣壓所能噴出的水量被較早噴完．根據(jù)理論，發(fā)射時我們先量出能灌進(jìn)水火箭的最大值，再算出此氣壓能噴出的最大水量，根據(jù)此兩數(shù)據(jù)裝水灌氣，即可達(dá)到水火箭之最大射程（Pmax=Fmax×Mmax）．如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!授課：XXX授課：XXX如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!授課：XXX2.怎樣提高水火箭的穩(wěn)定性水火箭在上升過程中，并不是豎直向上升的，經(jīng)常橫著或側(cè)著瓶身上升．這就要求我們必須提高它的穩(wěn)定性，使它豎直上升．提高它的穩(wěn)定性，就得考慮大氣阻力的作用．首先，水火箭頂部應(yīng)為尖的，以便于減小空氣阻力；其次瓶體形狀應(yīng)接近流線型，這樣便于氣流的通過。3.發(fā)射軌道對射程的影響固定水量600ml，發(fā)射仰角50°．利用無軌發(fā)射架和70cm發(fā)射架分別發(fā)射水火箭并記錄結(jié)果及發(fā)射情況．比較發(fā)射軌道對飛行距離的影響．實驗結(jié)果顯示：有軌及無軌發(fā)射器在同一沖量所造成的射程都差不多，可見有無軌道都不影響射程．但在沖量越小時，無軌發(fā)射器發(fā)射的水火箭容易常常偏離預(yù)定方向；而有軌發(fā)射器因為有兩個支點(diǎn)，使水柱噴射時不易產(chǎn)生其他方向的分力，因此水火箭能精確的直線前進(jìn)．所以，有軌發(fā)射器在準(zhǔn)確度上勝于無軌發(fā)射器．4.彈頭重量對發(fā)射軌道的影響固定水量600ml，發(fā)射仰角50°，使用有軌發(fā)射器．彈頭依序放置填充物，質(zhì)量為30g，40g，50g，60g．比較彈頭重量對水火箭發(fā)射軌道的影響．由實驗可知：未加前置填充物的彈頭，因受到尾翼質(zhì)量的影響，重心明顯偏后．這時候，因為物體旋轉(zhuǎn)時的中心為重心，所以我們可以把重心G當(dāng)成支點(diǎn)，則在只受重力的情況下彈頭即成一個以G為支點(diǎn)的平橫杠桿．在飛行時，彈頭A與彈尾B將受到相同的風(fēng)阻影響，但由于力臂不同（AG>AB），所以A點(diǎn)所產(chǎn)生的力矩大于B點(diǎn)，故水火箭即會旋轉(zhuǎn)影響航道．所以我們必須放前置填充物，將重心G向A移動，使力臂AG=BG（即水火箭的中點(diǎn)），這樣A、B產(chǎn)生的力矩才會相同，達(dá)成平衡．但是如果前置填充物放得太多，重心偏前，造成力臂AG<BG，力矩A<力矩B，則又會變成旋轉(zhuǎn)的情形，而造成反效果．所以，由實驗的結(jié)果得知，填充物約65g為最好，而此時重心正好位于首尾中點(diǎn)．當(dāng)然，這個質(zhì)量是不確定的，因水火箭的不同而異．5.發(fā)射仰角的影響固定水量500ml水，前置填充物，使用有軌發(fā)射器．分別使用發(fā)射仰角35°、45°、55°、65°、75°．比較發(fā)射仰角對水火箭發(fā)射距離的影響．水火箭的斜發(fā)與斜拋有關(guān)，所以由理論可得發(fā)射仰角為45°時，飛行距離最長．但由發(fā)射的結(jié)果得\o"查看圖片"

知：在發(fā)射仰角45°到55°之間（約為52°）時，可以達(dá)到最大的射程．當(dāng)發(fā)射仰角太小時，水火箭向上的分力不大，使爬升高度不大，且由于水火箭的重量受地球引力的牽引，使其容易落下，造成射程縮短．而當(dāng)角度太大時，其向上分力雖大，但向前分力太小，以至于射程太短，行成“射得高，但射不遠(yuǎn)”的情形．所以在水火箭的發(fā)射角度方面，須考慮向上分力及向前分力適中、各種外界因素的影響以及發(fā)射仰角．如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!授課：XXX授課：XXX如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!授課：XXX制作過程：1.材料準(zhǔn)備：可樂瓶（4-5個）、剪刀、美工刀、切割墊、直尺、鉛筆、膠帶、鐵架臺、打氣筒、噴嘴、裝有氣針的橡皮塞、橡皮管、塑料杯等設(shè)計圖：2.、實驗階段1.準(zhǔn)備階段通過上網(wǎng)、圖書館查閱資料，訪問有關(guān)人員（物理老師、陳義華老師），收集有關(guān)資料，了解有關(guān)火箭的歷史演進(jìn)和火箭的飛行原理，準(zhǔn)備實驗所需材料，完成設(shè)計圖工作，并初步確定實驗步驟。有關(guān)資料：中學(xué)物理教學(xué)參考、物理教學(xué)、高中研究性課程實施案例選2、制作過程：將5個合適的可樂瓶(1、25升)進(jìn)行編碼123451.2號瓶作為主身體，2號瓶作為前延，5號瓶作為后延和火箭頭，3號瓶和4號瓶作為尾翼。裁剪2號瓶，如圖：(虛線是裁剪處)25cm 裁剪5號瓶，如圖：13cm(虛線是裁剪處)穩(wěn)定翼作法：裁剪3，4號瓶，如圖如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!授課：XXX授課：XXX如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!授課：XXX壓扁中間 切出 貼雙面膠13cm 1.5cm彈頭：用硬沙紙做一與可樂瓶上部形狀相同的圓錐模型，緊套于可樂瓶上部，并沿硬沙紙底線將瓶的上部剪下，然后在瓶口處粘一鉛塊，緊靠著鉛塊，下部包一層沙紙并用膠帶粘牢，最后用膠帶將整個彈頭外表面纏緊。如圖：噴嘴：=1\*alphabetica.在可樂瓶蓋中央挖一圓孔=2\*alphabeticb.取兩段粗細(xì)不同的塑料硬管按如圖套緊，在兩管接觸處套上橡膠圓環(huán)防止漏水，然后在兩管外表面均用防水膠纏緊以防漏水。=3\*alphabeticc.讓小管穿過瓶蓋的圓孔，使瓶蓋罩在的管上。=4\*alphabeticd.取一大小合適小管內(nèi)徑的橡膠塞，在其中央鉆一小孔，插入玻璃管后與小管緊密相連。將各部分用膠帶有序連接，如示意圖： 3.實驗過程：1.注水：用漏斗往瓶中注入1/3的水，拴上帶有噴嘴的橡皮塞；用打氣筒的出氣口與噴嘴拴緊。2.查漏：把水火箭放正，用打氣筒打入少量的氣體，檢驗噴嘴是否漏氣。如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!授課：XXX授課：XXX如果您需要使用本文檔，請點(diǎn)擊下載按鈕下載!授課：XXX3.發(fā)射：將水火箭套上發(fā)射架，矯正后套上火箭頭，用打氣筒連續(xù)打氣30次左右，至噴嘴自動脫落，火箭憑強(qiáng)大的反沖力迅速上沖。實驗效果分析與實驗得失總結(jié)：經(jīng)過數(shù)百次的發(fā)射實驗后，我組總結(jié)出了控制水火箭的發(fā)射高度和方向的幾點(diǎn)經(jīng)驗。1.發(fā)射高度：水火箭發(fā)射的高度主要取決于足夠大的氣壓，這就對噴嘴的緊密程度、接管的耐壓性能、接口的緊密性有較高的要求。因此在發(fā)射前，要特別注意使接管和噴嘴間的接觸面積達(dá)到最大；用塑料管代替化學(xué)實驗室的橡皮管；以及接口的緊密程度。2.裝水量與水火箭的發(fā)射高度也有較大的影響。水太多，水火箭所受的重力過大；水太少，水火箭獲得的反沖力太??；它們處理不好都不能使其發(fā)射到較理想的高度。3.影響水火箭發(fā)射高度的另一個重要因素就是噴嘴的氣密性程度，噴嘴漏水與否直接影響到發(fā)射的高度。噴嘴的制作的要求較高，噴嘴制作質(zhì)量的好壞直接決定了發(fā)射的成功與否。4.方向的控制：彈頭的調(diào)整：彈頭未放正，會導(dǎo)致水火箭飛行方向偏離導(dǎo)桿所指的方向。發(fā)射架的正確放置：應(yīng)將發(fā)射架放于水平地面，使導(dǎo)桿指向上空。實驗感受：在這次課題研究中，我們經(jīng)歷了許多挫折和困難，比如剛開始我們根本不知道該如何下手，研究中期又有很長的一段時間幾乎沒有進(jìn)展，加上期中考試臨近，競賽任務(wù)繁重，我們幾乎想過放棄。在多次小組例會上，指導(dǎo)師都對我們進(jìn)行耐心引導(dǎo)，并列舉了許多科學(xué)家在艱苦的條件下堅持不懈地進(jìn)行科學(xué)研究的故事，給予了我們很大的鼓舞，幫助我們重新樹立信心。后來我們利用了許多休息時間（午休、周末、課外活動時間等）進(jìn)行了研究。終于“水火箭”模型在我們手上誕生了，此時我們充滿希望。當(dāng)我們進(jìn)入了“水火箭”的試飛階段時，我們遇到更大的困難。一段時間下來，我們采用了多種方法，多次實驗，但結(jié)果都不近人意。我們進(jìn)行種種改進(jìn)，甚至和指導(dǎo)師一起到一家汽車修配廠進(jìn)行實驗，但是“水火箭”還是只能貼著地面飛行。打氣時，陳教澤同學(xué)用手穩(wěn)定“水火箭”，我去準(zhǔn)備拔開氣門，我感覺到手都在發(fā)抖，不過還是鼓足勇氣旋動氣門，剛一動，只聽“嗖”的一聲，“水火箭”噴射而出，水濺了我一身，我被嚇得倒退了