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水火箭的制作与发射

时间:2014-04-23 08:36来源:未知 作者:黄海丰 点击:
一、 活动简介: 火箭点火后向下喷射高温高压气体,喷火的箭称火箭。目前,在模型商店能买到的是用炎药点火燃烧产生反冲的火箭,效果当然好,但每发射一次需要400元左右的经费,这对于中学生来讲只能望而生畏。 现在介绍一种并不喷火,而是在高压空气作用下

 一、   活动简介:
火箭点火后向下喷射高温高压气体,喷火的箭称火箭。目前,在模型商店能买到的是用炎药点火燃烧产生反冲的“火箭”,效果当然好,但每发射一次需要400元左右的经费,这对于中学生来讲只能望而生畏。
现在介绍一种并不喷火,而是在高压空气作用下喷火的箭,叫“水火箭”。找个大号可乐瓶,将它装饰成火箭的形状。瓶内注入一部分水,在瓶口塞上一个装有自行车内胎气门嘴芯的橡皮塞,瓶内水和气迅速喷出,推动瓶体冲向空中。
这项制作、发射活动,近年来在日本的青少年中普通开展。1993年在我国桂林召开的冲外物理教师学术交流会上,由日本的“山猫”学会介绍到我国,这项活动有以下几个特点:
1、   材料易得,废物利用;
2、   制作简单,发射简便,任何中学生均可操作;
3、   趣味性强,一般可发射十米高;
4、   安全性好,喷水不喷火;
5、   具有一定的创造性;
二、   活动目标:
1、  使学生初步了解火箭发射的有关科学知识,懂得航天火箭的原理,了解国内外火箭发射的历史;
2、  通过水火箭制作与发射活动,让学生体验整个过程,逐步提高动手能力;
3、  为了提高火箭发射高度,让学生学会分析改进实验方法,及提高实验效果的科学工作方法,逐步提高学生的创造能力;
4、  逐步培养学生的合作精神,探究意识及认真细致、敢于创新、一丝不苟的科学态度。
三、   活动准备:
1、场地:
制作火箭——教室或实验室;
发射场——操场或宽阔地。
2、器材:
①可乐瓶(腰部勿弯曲)                  每组2个
②透明胶带                              每组1卷
③即时贴单面纸                          每组若干
④剪刀                                  每组1组
⑤模型专用锯(或钢锯条代)              每组1把
⑥带气门嘴、芯的橡皮塞                  全班1-2个
⑦实验室用铁架台及铁环                  全班1-2个
⑧打气筒(高压气筒最适宜)              全班1-2个
⑨自来水及水桶                          全班1-2个
3、学生课前探究安排:
①   分好小组,选好组长,分组了解有关国内外火箭发射的历史资料,了解火箭发射的原理(也可以是网上查找,也可以是去图书室查阅有图片更好),由组长负责整理汇报本小组收集到的资料。
②   让一两个小组去尝试制作、发射一下,记录大致的体会,并把尝试制作与发射中所遇到的问题带进课堂,尝试制作的模型也带进课堂。
4、教师准备:
①   一个完整的水火箭范作。
②   带气门嘴、芯的橡皮塞,课前由教师制作。方法是:找3白橡皮塞将下头切去5MM,(如用4号白橡塞就从大头切去5MM),用钻孔器化学(实验室用)按自行车门嘴的筒管的直径大小,钻一孔,把气门嘴固定在橡皮塞上。
四、   课时安排:2课时。
五、   活动过程:
1、 组织教学,导出活动课题。
2、 组内讨论,反馈收集到的信息、资料,由组长负责整理汇报。
①   国内外有关火箭发展的历史知识。
②   火箭发射的原理。
③   尝试小组汇报制作发射水火箭的方法与体会,回答火箭发射高度与哪些因素有关?并把遇到的困难和疑惑提出来,供大家探讨。
3、 教师出示范作,并作简要讲解,有的问题可与学生共同讨论得出解决方案。
①   火箭头是圆锥体,在制作过程中是难点。教师作重点演示。
②   发射时橡皮塞塞得越紧,瓶内充的气体越多,发射越高。因此要用力将皮塞塞紧,还可用锉刀把橡皮塞锉成近似圆柱体可使塞与瓶口接触面大,塞得紧。
③   瓶内注水大约在1/3至1/2之间,可实验决定。瓶内的大气压大约在4-5个大气压。超过5个大气压瓶体容易破裂。
④   强调使用工具时,要保护好桌面及环境,并注意安全。
4、 原理分析研究及讨论。
以压缩空气为动力,箭体向下喷出气和水,由于它们的反冲作用使之迅速升空。整个过程是一个用压缩空气达到储存能力,而后瞬间释放,推动箭体向上运动的过程。水作为火箭发射时的喷射物质,它的喷射速度与物质的多少是关键。
气压式水火箭在飞行中受到重力和空气阻力的作用暂时忽略不计。用动量守恒定律分析,推导得出火箭在某一时刻的速度V,有下列关系式: 式中:v为某时刻喷出的水相对于箭体的速度;M水为注入瓶中水的质量;M瓶为瓶体的质量。
从上式可看出水火箭的速度与水喷出的相对速度V成正比;还与瓶体的质量M瓶和注入水的质量M水有关。要使水火箭上升得高,必须增大它的速度。加法有二:
1、  增大瓶内压缩空气的压强,从而达到水喷出的速度V增大,具体方法是塞紧瓶塞,多充气增大瓶内压强,或者利用控制装置使之发射前卡紧瓶口与瓶塞,瓶内气压增加时,瓶塞不自行脱落,可充入更多的空气以增加瓶内大气压值。
2、  增大注水量。M水增大,喷出的物质增多,但是注水量增大后,会使空气在瓶内占有的空间减小,使压缩空气减少,因而影响气压式火箭的速度,所以注水量不能过多,有一个最佳量,可通过实验在注水量1/3至1/2之间得出最佳量。
5、 动力实践制作与发射。
学生分小组合作制作。做火箭头的、做火箭尾翼的,其它装饰的等。教师巡视指导,发射时教师可适当帮助。由同学自己记录火箭留空时间,估计高度及气压、注水量影响情况。
6、 评价与交流,先组内再全班。
①   通过水火箭的制作与发射活动,在科学原理和动手能力方面有何心得、收获?
②   通过水火箭的多次发射实验研究,找出提高火箭高度的要素是什么?在实践中如何扩大有利方面,克服不利因素,你有何新的发现?
③   在发射过程中,发现瓶塞塞得越紧,发射得越高,启发学生设计一个装置:发射前卡紧瓶口和瓶塞,当瓶内气压加大时,瓶塞不会自行脱落,以便向箭体内充进更多的空气,使火箭发射得更高。同时可以人为地控制发射时间。让学生将设计方案在同学和教师之间进行讨论和实施。
7、 活动延伸。探究新型的控制装置。
8、 活动后记。
附:控制装置参考方案:
用直径或用剪刀剪断即可。发射时,发令员最好能明确、果断、响亮地发布“5、4、3、2、1”的口令,一方面指示发射员集中注意力操作,另一方面更主要是提示观众注意安全。

( 作者:黄海丰 责任编辑:黄海丰 审核发布:黄海丰)
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