更高、更遠水火箭的製作與討論.doc

水火箭的创新实践探究 第 10 页 共 10 页 水火箭的创新实践探究实施单位：杭州市艮山中学科技班指导教师：陈欢庆 史先钗等预备，十、九、八、七、六、五、四、三、二、一发 射。2002年9月21日周六的早晨，浙江电视台科技教育频道不可能的任务节目组来到杭州艮山中学的实验室和操场上，拍摄了艮山中学高一（1）班科技创新实验班同学所制作的水火箭发射全过程。一、水火箭科技实践探究活动的目的和意义：水火箭是理想的科技教育教具外形制作美观，结构合理的水火箭模型，能直观地演示物理教学中的反冲作用原理。它具有直观性好、原理清楚、操作简单和可靠等特点，设计制作一个性能良好的水火箭模型，需要许多数学、物理、飞行力学、空气动力学等知识，完成这一设计和制作任务，教师在教学过程中往往需要相应的教具作辅助，更需要相当的技巧和， 如图 1 较强的动手能力,我们中小学生在动手能力的培养方面比国外要欠缺一些，但通过比如设计和制作水火箭等科技实践活动，能够达到培养学生的创造思维和动手能力的目的。如图 1是德国教育专家路德维希博士指导学生改进作品。二、精心组织 认真实践 如图2学校物理和科技组经过认真研究，确定将“飞行器水火箭”的设计和制作作为初、高中科技探究实践活动的重要内容。因为它的物理科学原理深奥、有趣，它既是一个很好的科技玩具，又是能自制的科学实验器具，深得广大同学的喜欢，易于普及。进而能够培养学生对科学的兴趣和热爱。在物理科技组的指导下，高一（1）班同学自行设计、制作了许多水火箭，材料来源于生活中废弃的可乐瓶。如图 2所示 。1、制作材料及工具:大号可乐瓶(1.25L)3-5个,速接阀或带气门阀橡皮塞1个,发射支架1个,打气筒1个,胶带子若干，剪刀、小刀、订书机、直尺等。2、制作步骤:（1）首先将可乐瓶(碳酸饮料瓶,注:因为发射时向瓶内加压，所以不能用别的饮料瓶代替)分割成箭体、尾翼、头锥。如图3所示.（2）将其中1个作为存放液体用，另外3个则分别用与加箭身和尾翼等用。（3）将一个的中间部分C作尾翼底座，中间部分D.E做4个上底为5cm下底为10cm高10cm的梯形，用顶书机固定，中间可用胶带固定.如图4所示. 尾翼制作材料也可自行选择，安装时要注意对称与牢固。（4）将可乐瓶的上半部分截下得到“头锥”，并去掉瓶口，再用胶带纸及薄层泡塑粘封而成。如图5所示.图3（5）将各个部件按照顺序进行组装,如图6和如图7所示,再准备一个软木塞，能紧塞住可乐瓶口，将一球类用打气球针穿软木塞。然后用自制漏斗往存液筒内灌注清水400mL，（大概1/3左右）,如图8所示。（6）准备一个架子，以能置放制作的水火箭，且能改变发射角度为原则。（后附汪凯同学、孙立嵩同学及何立文同学制作的水火箭支架的构造和原理）。三、科学地进行实验探究 1、发射前准备 如图 9 所示。（1）先注入水于火箭底部，再将软橡皮塞塞紧瓶口。（2）将软橡皮塞上之气嘴和打气筒的气嘴结合扣紧。置于架子上。（3）开始打气进入瓶内，此时可以由瓶内水冒出气泡 如图 9观察到。持续打气进入瓶内直至火箭射出。 2、正式发射实验与数据记录 （1）不同组别所制作之火箭一一发射。比较哪一组飞得比较高？ 通过在某一角度以高楼为参照进行观察；如图10 用秒表计时，在浙江电视台科技频道不可能的任务中播出，（附播出录象带）如图 10所示。（2）要符号哪些条件，才能使水火箭飞得比较远？ 请大家通过实际试飞后得出规律； 3个人互相配合发射，并通过数据的记录形成完整的实验报告。（3）实验报告实验报告（一）实验次数注水量（mL）充气压(Pa)倾斜角(度)最大飞行距离(m)14000.741063708324000.891064505036000.7010630072注： 1.25L可乐瓶装水，使用汪凯同学发明的水火箭发射台发射。在第二次实验，发射的水火箭高而不远。 同组制作者： 姜晓俊 沈时舟 戴孟亮 发射地点 艮中操场 试验发射者： 汪凯 沈时舟 戴孟亮 发射时间 02年12月1日。 得分为 80分 实验报告（二）实验次数注水量（mL）充气压(Pa)倾斜角(度)最大飞行距离(m)16000.851063509327000.701063508739000.95106350110注：姜晓俊同学提议在水中加食盐，用饱和盐水代替普通水装入2L可乐瓶中，使用汪凯同学发明的发射架进行发射。同组制作者： 汪凯 胡波 发射地点 艮中操场 试验发射者：汪凯 姜晓 俊胡波 发射时间 02年12月1日 得分为 90分实验报告（三）实验次数注水量（mL）充气压(Pa)倾斜角(度)最大飞行距离(m)15000.741063005026000.76106300 8037000.70106300 75注：2L可乐瓶装水，使用孙立嵩同学发明的水火箭发射架进行发射。同组制作者： 孙立嵩 潘舟 发射地点 艮中操场 试验发射者： 孙立嵩 潘舟 单彪 发射时间 02年12月1日 得分为85分 四、活动后记 让火箭飞出的原因是当火箭底部压力变大后，将软橡皮喷出后，水亦快速喷出。这和火箭喷出气体后向上推进是一样的。所以软橡皮的松紧，水量的适量与否？直接影响到水火箭的飞行距离和飞行高度。 施放程序说 明相 关 物 理 意义加水提供质量以增加动量动量守恒打气利用水火箭内外空气压力差，产生作用力气压发射利用动量守恒及作用力与反作用力使水火箭前进作用与反作用力 动量守恒飞行主要以冲力、地心引力及空气阻力为受力来源。气压、拋体运动、万有引力、摩擦力由此，想要使水火箭飞得高、飞得远有以下因素：（1） 瓶内的水（质量）要大。（2） 瓶内的压强要大。如果水的质量已经固定，压强P越大越好，但水的多少与瓶的空气多少有一定最佳匹配，装水一般为1/3，比较合适，大可乐瓶为400mL左右,要经过多次试验才行。学生在活动中获得亲身体验，形成善于质疑、乐于动脑、勤于动手、努力求知的积极态度，产生积极情感，激发他们探索、创新的欲望。例如，汪凯同学和孙立嵩同学自制发射架，姜晓俊同学在试飞中用饱和盐水代替普通水，来增加同体积的质量等等，表现出极大的创新热情。创造能力的形成需要直接经验的参与，间接经验（知识）结合直接体验（实践）才能形成创新的能力。同时引导学生应用已有的知识与经验，学习和掌握一些科学的研究方法，培养发现问题和解决问题的能力。在活动中学会与他人分享与合作，合作的意识和能力，是现代人所应具备的基本素质，通过合作学习和研究，学习者可以取长补短，团结协作，取得高质量的成果，与此同时，使学生学会交流和分享研究的信息、创意及成果，发展乐于合作的团队精神。还可以培养学生的科学态度和不断追求进取精神，煅炼他们克服困难的意志和品质。 五、有关水火箭发射装置附件附件一：水火箭发射台制作人为汪凯同学 如图 11所示，水火箭发射台高20cm，宽20cm，长40cm。由外置开关、气压装置、发射口及发射板架四部分组成。气压装置有气压表及打气导管，只要用于测量火箭内的气压，以提供实验用的数据。反射板架是一块长40cm，宽20cm的塑料板，下面装两个固定、两个 如图 11可左右摇摆的脚，主要作用可以改变发射火箭的角度，与水平面的角度大约可以从200900左右。外置开关是一片长6cm，宽1.5cm的不锈钢片，上面有两个0.8cm直径的孔,用来锁发射口,发射口主要有一个尼龙管制成的高5cm，内径为3.5cm的管子、两个勺形的不锈钢条、两根短弹簧、一根长弹簧、两颗经加工打磨的内六角螺丝组成，将两根勺形的不锈钢条固定在尼龙管的两边，在尼龙管的两边打两个洞，将螺丝穿入，在螺丝上装两个短的弹簧，使螺丝具有向外的弹力。在钢条固定点的另一边装上一条长弹簧，并将钢管与螺丝用钢丝绑起来，以加大弹力。外置开关的作用是利用两个洞将钢条锁住，使钢条将两颗螺丝向尼龙管内推进。这样，尼龙管内壁就会有两段多出的螺丝，用来固定火箭。此水火箭发射台具有可反复使用，不漏水，最大气压可达10公斤以上，成功率高，可做实验记录，可控制方向等优点。使用说明，先在火箭内装三分之一的水，将喷水口装入发射口，用外置开关将钢条锁住，用气筒打气，当达到一定气压后将开关拉开，弹簧就会使两颗螺丝弹出，火箭就会上天了。附件二：水火箭发射架的制造和原理制作人为孙立嵩同学这款发射架全部是用钢筋焊接而成的。有四根笔直的钢筋和两个不同大小的圆组成的，小圆在上面，中间还有两条铁条，是为了夹注火箭的底部，大圆在下面，为了把整个架子固定住。底部的四个角上都焊有一个小圆片，为了增加发射架的牢固性。顶部有四根用钢筋做的导向杆，让火箭有方向性。在这个基础上，让火箭飞得更高，在小圆上焊有四个螺帽，用一块底板连接住，可以让底板上下浮动，来调节火箭的飞行高度。再用一个“U”形铁片固定住火箭喷射口。这样，可以让火箭中气压集中，在某一时刻，一起暴发出来。橡皮塞是个关键的部分。由于橡皮塞与喷射口有摩擦，多次使用会漏气，所以，每次使用后都要用白色胶带包上几圈，这样就不会漏气。最后，把橡皮塞塞住，打上气就可以把火箭送上空去。附件三：新型遥控水火箭发射装置发明人为何立文等。 如图 12所示 。发明原理：本发明采用新的思路，重新设计，它将活络接头改为气门式橡皮塞，并配有两个翻板式控制器，而后采用特殊“卡夹板”，夹住翻板转动。当需要进行发射时，将已注水的可乐瓶倒置在发射支架上，并将两块翻板卡住可乐瓶颈处，再插进“卡夹板”，调节无线电控制器与卡夹板之间绳子的距离，然后打开遥控器，观察电动控制机构是否发生转动，并能拉动卡夹板。一、创新特点： 如图 12 1、采用遥控发射装置，人可以在离“水火箭”很远处，使得发射“水火箭”更加安全。2、采用“翻板式”结构与“卡夹板”相组合代替活络接头，从而有效地控制可乐瓶内部的压强大小，使得发射的重复使用率和发射高度大大增加。3、通过新型减速齿轮组能够产生很大拉力，使得遥控器控制“卡