当前位置： >>
如何使“水火箭”飞得更高
如何使“水火箭”飞得更高X 高中高一年级 学生：安存昌指导老师：侯国强如何使“水火箭”飞得更高摘要：本文尝试利用中学生掌握的物理和数学知识，包括运动、力及方程和函数等，对水火箭的运动进行分析，构建理想化模型并讨论水火箭的发射仰角，充水量，稳定性等对 水火箭飞行高度的影响。通过实验和科学分析论述了如何能使水火箭达到最大飞行高度。关键词：水火箭、抛体运动、飞行高度、充水量、稳定性 问题的提出科技迅猛发展的今天，人们不再把目光局限于熟知的大地，高山和海洋，探 索宇宙成了一个新的热点。随着神舟系列飞船和“嫦娥一号”成功升天，我国在 实现千年飞天奔月的征途中阔步前进，一次次创造新的辉煌，也一次次在社会上 掀起航天高潮。为了培养青少年的爱国热情，增强科学素养以及航空航天的基本 原理，全国各高校和地区争先恐后地开展了一系列科普教育活动。而“水火箭” 无疑是最受推崇的科技活动之一。 水火箭又称水推进火箭、气压式喷水火箭。顾名思义是利用箭内的水提供推 动力的。水火箭大体由动力舱、箭头、尾翼组成。在发射时，先向动力舱内注入 一些水，然后用打气筒或打气机向内充入空气。当动力舱内水面以上的气压增大 到一定量时，便会推动水从喷水口急速喷出，反推水火箭向上飞行。 水火箭的结构和充水量直接决定了它的飞行高度和稳定性能， 那么如何控制 这些因素才能使水火箭飞得更高呢？研究目的水火箭是寓教于乐、科技含量高，深受广大青少年喜爱的动手、动脑的科普 教材。可以让学生直观了解运载火箭、导弹的发射升空、收回的过程。并且可以 解释牛顿第一、第二、第三定律，了解一些基本的空气动力学、流体力学和飞行 力学等方面的知识。使广大青少年了解航天科技，热爱航天科技，为国家航空航 天事业培养优秀人才。建立物理模型在水火箭的测试过程中，水火箭的最大飞行高度是测试的主要项目。分析可 知：水火箭在假设不受空气阻力的情况下做斜抛运动，即它的运动轨迹是一条抛 物线。 y (飞行高度) 如图所示，水火箭的运动轨迹为一条曲线，我 们假设它的初速度为 v0,则什么时候最大飞行高度 ymax 最大。如图，把初速度 v0 分解为 vx(即水平方 向的分速度)和 vy(即竖直方向的分速度)，v0 与水 Vy V0 平方向夹角为θ，飞行时间为 t 可知： vy= v0*sinθ 根据物理学中抛体运动规律可知飞行高度 y 为 0 2 Vx vy （水平位移）x y= 2g 由以上可知：-1-y=2 v0 sin 2 θ 2g飞行高度与发射角度的关系正弦函数最大值为 1，所以 sin2θ的最大值也为 1，由此可知水火箭的最大 飞行高度，即y max2 v0 = 2g此时 sin2θ=1 得：θ=90o 也就是在理想状态下当发射仰角为 90o 时，水火箭的飞行高度达到最大。在 实际发射中，水火箭要受到空气阻力的影响，但我们发现仍是当发射仰角为 90o 时，水火箭的飞行高度最大。飞行高度与充水量的关系水火箭利用水作为推进剂，那么水量的多少就显得尤为重要，若用太大的容 器作动力舱装很多水， 则充气气压很难达到要求。 在容器容积一定时， 水量越多， 空气体积就越小，不仅使得充气困难，还使水火箭本身质量太大难以高飞。那么 一定空间装多少水才合适呢？ 由流体力学伯努利方程（ p + ρgh +2 ρv0 2 ρv 02= 恒量 ）得：p 0 + ρgh0 +2= p + ρgh +ρv 2① 2本式中，ρ为水的密度，v 为动力舱内水面的下降速度，v0 为瓶口处水的速 度，h 为水面的初始度度，h0 为 t0 时刻水面的高度，P 为舱内的初始压强，P0 为 t0 时刻舱内的压强。 由流体的连续性原理 得：v0s0=vs②本式中，s0 瓶口处的内截面面积，s 为动力舱（瓶身）的内截面面积。 当动力舱内的气体一定，忽略因压强改变对温度引起的细小变化时，则气体 压强与体积成反比，即：P0 V ? sh = P V ? s 0 h0本式中，V 为动力舱的容积。③因为 s&&（远远大于）s0，所以 v&&v0,故可忽略 ρv 2 2 一项，则 p0 + ρgh0 +2 ρv02= p + ρgh④-2-又因为发射过程动力舱内水面高度改变不是很大： h0 ? h ≈ 0 可知 v0 =2( p ? p0 )ρ设整个装置在发射时质量为 m， 相对于地面的速度为 v1,t 时间后质量为 m＇ , 相对于地面的速度为 v1＇ ，并在此 t 时间内重力冲量不计，由动量守恒知：m v 1 = (m +△m)(v1 + △ v1 ) ?△m(v0 + v1 + △v1 )→→ → → → → →本式中， △ v1 、△m 分别为水火箭在 t 时间内的增量。 将上式展开为：→ →m △v1 = v0 △m 并考虑方向：m△v1=-v0△m可得： v1 = v0 Inm1 m2In m1 m2即：v1 =2( p ? p0 )ρ由该式得出，增大初末质量之比和增大舱内气压都能提高初始速度。由于在 增大气压方面还要考虑水火箭的强度和气筒的承受能力，几乎无丝毫效果。所以 增大初末质量比是提高飞行高度的有效途径，即调整充水量增大初末质量比。 根据实际观测，水火箭在上升过程中并不总是竖直向上升，经常横着或侧着 箭体上升。为提高水火箭的稳定性，就必须考虑空气阻力。首先要把水火箭的顶 部做成尖的，以便气流的通过；在发射时，应使用铁架台（或三角架）把水火箭 支住以便它能竖直升空。另外安装尾翼也是一项提高稳定性的重要措施，尾翼能 帮助水火箭在空中飞行时保持竖直向上的状态。实验检验 实验器材： 实验器材：A 组：1 个 500ml 饮料瓶，铁架台（带铁圈） ，橡皮塞，气门芯，打气筒，刻 度尺，500ml 量筒； B 组：1 个 2000ml 饮料瓶，铁架台（带铁圈） ，橡皮塞，气门芯，打气筒， 刻度尺，1000ml 量筒； C 组：1 个 2000ml 饮料瓶，铁架台（带铁圈） ，橡皮塞，气门芯，打气筒， 刻度尺，1000ml 量筒，硬纸板一张，圆规，量角器，薄铁皮一块，铅笔，剪刀， 强力胶； D 组：2 个 2000ml 饮料瓶，铁架台（带铁圈） ，橡皮塞，气门芯，打气筒， 刻度尺，1000ml 量筒，硬纸板一张，圆规，量角器，薄铁皮一块，铅笔，剪刀， 强力胶，电工胶带。 （本实验中所用饮料瓶均为可乐瓶）-3-实验制作箭头的制作： 先用圆规以一合适的半径（本实验为 18.0cm）在硬纸板做一圆，用 1. 量角器在圆上取一圆心角为 1100 的扇形，如图所示； 2. 用剪刀沿边缘剪下扇形； 3. 用强力胶把扇形纸板粘合成一纸锥，再把纸锥粘在饮料瓶瓶底。1000100 粘合面尾翼的制作： 1. 先利用刻度尺和铅笔在薄铁皮上画出 3 个如图所示 的梯形； 2. 用剪刀沿实线剪下梯形； 3. 沿虚线把图中的①、②两矩形分别折向两侧，与三 角形垂直； 4. 用强力胶把尾翼的矩形粘合面与箭体粘合在一起。 三个尾翼粘在箭体上必须对称，成 1200 角。4.5cm①4.5cm②1.0cm6.0cm5.0cmD 组实验动力舱的制作： 1. 分别用剪刀把 2 个 2000ml 饮料瓶按图示 的虚线剪下瓶颈和瓶底，剪时要尽量与虚线重合； 2. 分别在图示（1） （2）瓶的剪口处涂上强力胶,把 两瓶粘在一起，并紧压使其更牢固，在接口处缠上电 工胶带。11.0cm测量飞行高度的方法（1）（2）把发射场地选在两个建筑物旁， 然后用卷尺在一建筑物上测量出距发射点竖 直高度为 1m、2m、3m、4m....的地方并做标记。在水火箭发射前，观测人员去 另一建筑物上做好准备，待水火箭飞至最大高度时用目测的方法估计高度，然后 记录数据。实验步骤1. 在发射地安置铁架台，并调好铁圈；-4-2. 用量筒量取一定体积的水，并倒入水火箭的动力舱，然后用橡皮塞塞紧； 3. 把水火箭倒放（不是紧套）在铁架台的铁圈上使其竖直向上，然后用打气筒 通过嵌在橡皮塞里的气门芯向舱内充气至水火箭飞起； 4. 在水火箭升到最大高度时，观测员记录本次的最大飞行高度； 5. 取相同体积的水重复一次试验，与上次目测结果取平均值； 6. 改变用水量重新试验至得出最佳用水量。本次实验数据： 次实验数据：类 别 组 别动力舱 容积 （ml）动力舱 长度 （cm）箭体直 径（cm）喷水口 直径 （cm）有无 尾翼和 箭头充水体 水与容 积（ml） 积比0 50 100 150 200 \ 1:10 1:5 3:10 2:5 1:2 3:5 7:10 4:5 9:10 \ 1:40 1:20 1:10 3:20 1:5 1:4 3:10 7:20 2:5 9:20 1:2 \ 1:40 1:20 1:10 3:20 1:5 1:4 3:10 7:20 2:5最大飞 行高度 （m）6.1 8.5 10.4 11.0 10.2 9.0 7.6 3.2 2.0 0.4 5.8 8.3 9.0 10.5 10.9 11.2 10.7 10.3 10.0 9.5 8.3 7.8 3.5 5.1 8.2 8.9 9.2 10.6 11.9 10.8 9.3 8.6A50020.06.02.0无 250 300 350 400 450 0 50 100 200 300 400B200030.010.02.0无 500 600 700 800 900
100 200 300C200030.010.02.0有 400 500 600 700 800-5-900
300 400 5009:20 1:2 1：35 2：35 3：35 4：35 1：7 6：35 1：5 8：35 9：35 2：77.7 7.2 4.6 5.9 6.8 8.5 9.8 11.2 12.5 13.6 14.9 13.7D350043.010.02.0有 600 700 800 900 1000结论分 结论分析：通过推理和实验，我们发现水火箭的充水量、发射仰角以及稳定性对水火 箭的飞行都有影响。最佳用水量在动力舱容积的 1/5～1/3 之间，而且最佳用水 量还与水火箭本身构造有关。水火箭制作完成后，以 900 为发射仰角，充水量控 制在 1/5～1/3 之间，即可达到此水火箭的最大飞行高度。讨论与拓展本文的水火箭问题是通过建立理想化模型进行研究的， 由于我们中学生掌握 的知识有限，在研究中未考虑水火箭发射时风力、空气湿度等因素造成的影响。 现在，多级水火箭的问题更加引人入胜。我认为还可以在此基础上进行多级水火 箭的研究，不过这还有待于掌握更多的物理知识。致谢感谢侯国强老师对我的指导； 感谢学校实验室对我的帮助。参考文献人民教育出版社 课程教材研究所 物理课程 教材研究开发中心 编著，物理必修 2 2010 年 4 月 绿卡新课标研究中心编，高中数理化生公式定律&要点解析 2010 年 4 月 附录-6-
课外科技小组制作一只“水火箭”,用压缩空气压出水流使火箭运动.假如喷出的水流流量保持为2×10-4m3/s,喷出速度保持为对地10m/s.启动前火箭总质量为1.4kg,则启...龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 如何使科学...特别是一些复杂的实验,需要多人参 与,更适于培养...我让学生观察“水火箭”表演,实验时我有意请一名...
All rights reserved Powered by
www.tceic.com
copyright &copyright 。文档资料库内容来自网络，如有侵犯请联系客服。更多频道内容在这里查看
爱奇艺用户将能永久保存播放记录
过滤短视频
暂无长视频（电视剧、纪录片、动漫、综艺、电影）播放记录，
按住视频可进行拖动
&正在加载...
举报视频：
举报原因(必填)：
请说明举报原因(300字以内)：
请输入您的反馈
举报理由需要输入300字以内
感谢您的反馈～
请勿重复举报~
请刷新重试~
收藏成功，可进入
查看所有收藏列表
当前浏览器仅支持手动复制代码
视频地址：
flash地址：
html代码：
通用代码：
通用代码可同时支持电脑和移动设备的分享播放
用爱奇艺APP或微信扫一扫，在手机上继续观看
当前播放时间：
一键下载至手机
限爱奇艺安卓6.0以上版本
使用微信扫一扫，扫描左侧二维码，下载爱奇艺移动APP
其他安装方式：手机浏览器输入短链接http://71.am/udn
下载安装包到本机：
设备搜寻中...
请确保您要连接的设备（仅限安卓）登录了同一爱奇艺账号 且安装并开启不低于V6.0以上版本的爱奇艺客户端
连接失败！
请确保您要连接的设备（仅限安卓）登录了同一爱奇艺账号 且安装并开启不低于V6.0以上版本的爱奇艺客户端
部安卓（Android）设备，请点击进行选择
请您在手机端下载爱奇艺移动APP（仅支持安卓客户端）
使用微信扫一扫，下载爱奇艺移动APP
其他安装方式：手机浏览器输入短链接http://71.am/udn
下载安装包到本机：
爱奇艺云推送
请您在手机端登录爱奇艺移动APP（仅支持安卓客户端）
使用微信扫一扫，下载爱奇艺移动APP
180秒后更新
打开爱奇艺移动APP，点击“我的-扫一扫”，扫描左侧二维码进行登录
没有安装爱奇艺视频最新客户端？
牛人制作的能飞300米的水火箭测试
正在检测客户端...
您尚未安装客户端，正在为您下载...安装完成后点击按钮即可下载
30秒后自动关闭
牛人制作的能飞300米的水火箭测试">牛人制作的能飞300米的水火箭测试
请选择打赏金额：
播放量12.7万
播放量数据：快去看看谁在和你一起看视频吧~
更多数据：
热门短视频推荐
Copyright (C) 2018 & All Rights Reserved
您使用浏览器不支持直接复制的功能，建议您使用Ctrl+C或右键全选进行地址复制
正在为您下载爱奇艺客户端安装后即可快速下载海量视频
正在为您下载爱奇艺客户端安装后即可免费观看1080P视频
&li data-elem="tabtitle" data-seq="{{seq}}"& &a href="javascript:void(0);"& &span>{{start}}-{{end}}&/span& &/a& &/li&
&li data-downloadSelect-elem="item" data-downloadSelect-selected="false" data-downloadSelect-tvid="{{tvid}}"& &a href="javascript:void(0);"&{{pd}}&/a&
选择您要下载的《
后才可以领取积分哦~
每观看视频30分钟
+{{data.viewScore}}分
{{data.viewCount}}/3
{{if data.viewCount && data.viewCount != "0" && data.viewCount != "1" && data.viewCount != "2" }}
访问泡泡首页
+{{data.rewardScore}}分
{{if data.rewardCount && data.rewardCount != 0 && data.getRewardDayCount != 0}}1{{else}}0{{/if}}/1
{{if data.rewardCount && data.rewardCount != 0 && data.getRewardDayCount != 0}}
+{{data.signScore}}分
{{data.signCount}}/1
{{if data.signCount && data.signCount != 0}}
色情低俗内容
血腥暴力内容
广告或欺诈内容
侵犯了我的权力
还可以输入
您使用浏览器不支持直接复制的功能，建议您使用Ctrl+C或右键全选进行地址复制水火箭高级设计方法_百度文库
赠送免券下载特权
10W篇文档免费专享
部分付费文档8折起
每天抽奖多种福利
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
水火箭高级设计方法
阅读已结束，下载本文需要
想免费下载更多文档？
定制HR最喜欢的简历
你可能喜欢