水火箭实验结题报告.2doc-2

课题名称：水火箭研制调查报告指导老师:小组成员名单：研究日期：2012.11—2012.12“水火箭”研制结题报告一、实验背景火箭是利用燃料的燃烧向后发出强烈的反冲力产生的巨大的反作用而升空的。“水火箭”，顾名思义，就是利用空气与水的反作用发射升空。本实验通过理论分析和实验研究，探究影响水火箭的飞行高度的因素；通过设计制作“水火箭”，改变教学方式，加强学生的动脑动手能力，提高教育教学质量。培养从实际问题中产生探究课题，并开展深入的实验探究的意识和能力。二、实验目的制作“水火箭”，并探究影响“水火箭”的发射高度的因素。三、实验原理利用水的反冲使“水火箭”飞行。四、实验器材两只相同的塑料瓶、胶带纸、美工刀、剪刀、自行车轮胎气芯、刻度尺、木塞子、硬纸板、实验用具铁架台等五、实验步骤（一）.制作水火箭1、取第一个瓶子，称之为A瓶。在瓶子上下1-1、2-2的位置各画一条线，两条线位置的決定方法如下。1-1：选瓶上弧线曲度与火箭泡棉头曲度相近处。2-2：选瓶子下方曲线转直点的下方约0.5cm处。2、自1-1线上方、2-2线下方约0.5cm处用美工刀（或剪刀）切（剪）开。3、用剪刀慢慢修剪至划线处，尽量使其平整，以便与B瓶衔接時可以较为密合。4、将火箭泡棉头放置于A瓶上方，由正上方看泡棉头是否对准保特瓶之正中央位置。若已放正，则使用电工胶布缠绕于相接处，加以固定。5、取另一个瓶子称之为B瓶，將瓶盖卸下，然后将喷嘴（气嘴）由保特瓶开口处旋紧。6、将A、B瓶相连接。然后至于平坦之桌面或地上滚动，看看是否连接平整，滚动是否平顺。若是，则以电工胶布加以固定。7、取第三个瓶子，称为C瓶。在瓶子3-3、4-4之位置各画一条线。3-3：选瓶子上方曲线转折点的下方约0.5cm。4-4：选瓶子下方曲线转折点的下方约0.5cm。8、自3-3线上方、4-4线下方约0.5cm处用美工刀（剪刀）切（剪）开。9、C瓶完成图10、将厚纸板对折，然后用铅笔画出两个梯形。然后用剪刀沿线剪开。注：尾翼之尺寸、形狀，可以做不同的变化，以测试其对飞行有何影响。同样以投影片做出与厚纸板规格相同之梯形。11、将制作好之投影片包覆于厚纸板梯形之外侧，可以先使用双面胶带將投影片及厚纸板接合在一起，然後使用电工胶布將其三边貼過。12、用双面胶带贴于褶起部分之底部。此步骤为了将做好之四个尾翼年贴于C瓶。13、四个尾翼完成图。14、将四片尾翼年贴于C瓶上，需确定为十字对称，如此才能平衡。15、先以电工胶布黏贴于尾翼两侧，黏贴时须注意电工胶布的长度须够长，上方需比尾翼高约一个胶带的高度，下方反折入C瓶內，以增加牢固程度。再以电工胶布缠绕于尾翼上方约两圈。16、将C瓶与B瓶用电工胶布做连接。注：同样须注意保持水火箭箭身的笔直以确保飞行方向的准确。17、保特瓶水火箭完成图。注：步骤5中的喷嘴制作方法：1：将自行车气嘴直接安在一个橡皮塞子上，这样的橡皮塞与饮料瓶接触更加紧密，效果也更好。打气时瓶子内气压过大会自行脱离塞子，飞向高空。此外，用小的瓶子制作另一个小的水火箭，做对比用。（二）.发射水火箭，并记录飞行高度1.选取有一定高度的大楼附近，发射水火箭。在火箭装水的体内标记刻度，以此来记录水量。2.尽量在无风的情况下，分别向水火箭中注入水火箭容量的0,1/4、1/3、1/2、2/3、3/4。3.将火箭装在发射铁架台上，然后将气筒和气嘴接好，在保证绝对安全的情况下发射。4.确定使火箭发射最高的水量，并在这种水量下，做大火箭与小火箭的对比试验（由于并不是确定的容积，而是水在火箭总容积中的比例，所以不存在水量差异的影响）。5.所测数据记入下面的表格：6.目测发射角度对发射高度的影响表一：水火箭（大）在不同水量下的飞行高度统计（垂直发射）水火箭装水比例1/41/31/22/33/4飞行高度估测（m）9.07.82.01.21.0表二：大小火箭在相同比例水容量下的飞行高度对比（垂直发射）水火箭的装水比例0（无水）1/41/31/22/33/4大火箭飞行高度估测（m）0.89.07.82.01.21.0小火箭飞行高度估测（m）0.54.03.02.51.80.5根据表格，我们制作了折线图，比较了大小水火箭之间的差距以及各自装水量不同之间的差距。如图一图一：大小火箭在相同比例水容量下的飞行高度对比0123456789100（无水）四分之一三分之一二分之一三分之二四分之三大火箭小火箭（三）.实验结论：1.装水量对水火箭的发射高度有较大的影响。水太多，水火箭所受的重力过大，使飞行高度很低；水太少，水火箭获得的反冲力太小，也飞行不高。根据表格和图表，我们发现发射高度和装水量存在一定的规律。在极大值之前，装水比例越大，发射越高，在极大值之后，装水比例越大，发射越低。在装大概1/4水时，水火箭发射高度是极大值，而大小水火箭在同比例装水量的情况下，大的水火箭飞行的高度明显比小的水火箭飞行高度高。2.影响水火箭发射高度的另一个重要因素就是喷嘴的气密性程度，喷嘴漏水与否直接影响到发射的高度。喷嘴的制作的要求较高，喷嘴制作质量的好坏直接决定了发射的成功与否。本实验中，我们为了增加喷嘴的紧密程度，在喷嘴的半周裹上粗糙的纸巾。3我们在实验时细心发现打气的速度快慢对飞行高度也有影响，打气短促快速，火箭舱体的气泡升的快，舱内压强增加的快，反冲力在活塞没有移动之前迅速提升，由此，火箭飞行高度比缓慢的打气的时候飞的高。4.水火箭的射程与发射仰角的关系。固定水火箭1/4的水量，分别使用发射仰角35°、45°、55°、65°、75°，比较发射仰角对水火箭发射距离的影响。水火箭的斜发与斜抛有关，所以由理论可得发射仰角为45°时，飞行距离最长。但由发射的结果得知：在发射仰角45°到55°之间（约为52°）时，可以达到最大的射程。分析原因：当发射仰角太小时，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牵引，使其容易落下，造成射程缩短。而当角度太大时，其向上分力虽大，但向前分力太小，以至于射程太短，行成“射得高，但射不远”的情形。所以在水火箭的发射角度方面，须考虑向上分力及向前分力适中、各种外界因素的影响以及发射仰角。六、问题与讨论：1水火箭在制作过程中有无困难？答：水火箭制作程序比较简单，但需要我们的细心，比如①机翼的制作，要求四个机翼完全对称，并且在贴到机身上时需要固定好，否则在装水，发射等碰撞摩擦的时候极易掉落。我们的小火箭在发生时候就是发生了这样的情况。②活塞的制作：我们选用了木塞，需要在木塞的中间钻一个与气嘴大小合适的孔，同时要求孔和气嘴的紧密程度高，否则在打气的时候会漏气，影响实验结果。2在测量水火箭发射高度时是否精确？是否有更好的测量法？答：不精确。我们选在理工南楼和北楼之间，就是让教学楼成为参照物，大概目测发射高度。发射的绝对高度肯定存在偏颇。但发射的相对高度容易目测。比如1/4装水量的时候肯定比1/3时候高。①细线测量法：赵燕华同学提出在水火箭的发射头系上细线，这样就可以比较精确的测出飞行发射高度，但是考虑到在发射次数很多的情况下，每次用米尺测量线的长度，可能耗时耗力比较多。②影子测量法：张一鸣同学提出用等比三角形，利用发射的影子和参照物的实物和影子的高度，可以计算出发射高度，但我们一致觉得此方案不妥，因为我们不能保证水火箭发射的时候完全没有偏离垂直方向。而我们发射的时候风的确很明显使水火箭偏离垂直方向。所以我们选择了有楼房作为参照物的情况下，进行目测，小组成员对目测结果进行讨论，取最合适值。3.在没有水的情况下，水火箭可以正常发射吗？答：在没有水的情况下，水火箭飞行很低。因为水火箭在向上飞的过程中，迅速向下喷水，水反过来给火箭一个向上的推力，所以没有水的时候，水火箭仅仅靠气体膨胀的一点冲力，是无法正常的发射。大小水火箭的情况一样。4水火箭整发射过程中有无危险？该怎么样避免？答：①我们制作的是小型水火箭，重量比较轻。在落下的时候对人的伤害力不大。但是我们考虑到安全问题还是选择了一个比较空旷的地方。我们选在理工南楼和北楼之间的空地。同时打气筒的同学需要非常谨慎，尽量保持与发射架的距离，因为水火箭喷发的一瞬间，冲力大，响声大，同时被喷下来的水极易撒到打气的同学身上。所以打完气听到响声以后，要求同学快速远离发射架。②在倾斜发射的时候，水火箭飞行比较远，容易冲到行人，所以选择发射场地需要考虑。5怎样提高水火箭发射时的稳定性？答：水火箭在上升过程中，并不是竖直向上升的，经常横着或侧着瓶身上升。这就要求我们必须提高它的稳定性，使它竖直上升。提高它的稳定性，就得考虑大气阻力的作用。首先，水火箭顶部应为尖的，以便于减小空气阻力；其次瓶体形状应接近流线型，这样便于气流的通过；要使它竖直上升，还要在放置的时候使它竖直，我们就取了一个三角架，把水火箭支住（不是紧套）使它能竖直地立着。6猜想其他因素对发射高度的影响。答：组员们都说出了他们的想法。比如㈠人为因素：比如，①拧活塞时要让一个人拧，保持力度即紧密程度大概一致。②打气也要同一个人打，保证其打气速度大约一致。③存放两个水火箭的时候，注意保护好其机翼和机身，不要压碰。④装水的时候，不能想当然。要用刻度尺对其机身长度进行测量，在装水的时候要严格按照比例进行。但是因为瓶口处于瓶身的宽度不一样，刻度法存在误差。㈡客观因素①风力：风增大了水火箭的飞行阻力，且容易让水火箭飞行时偏离竖直轨道，影响水火箭发射高度。②水火箭本身的质量和机形。活塞的质量。7我们在网上搜的如下资料（斜体字）：根据动量守恒：m1v1+m2（-v2）=0∴v1=m2v2/m1说明：v1与m2、m1、v2有关。如果m2、v2保持不变，则“水火箭”发射时的速度与自身的质量成反比，即：m1越小，v1越大，v1越大，发射越高。但是我们在实际的实验过程中，我们却发现大火箭比小火箭在同种装水比例情况下，飞行的高。这是为什么？经过组员分析，我们的两个大小水火箭的质量相差不是很大，但是它们的机舱容积相差比较大。大火箭的机舱大，其受水的冲力大，飞行的高。（此点需要更多的研究发现）（七）.指导老师点评参考文献：1：刘婉华，罗朝猛.《聚焦研究性学习，从理论到实践》［M］.中山大学出版社2002.279——285