学生研究性学习——水火箭的研究与制作
2018-08-04 08:05阅读:
水火箭的研究与制作
指导老师:桑自力
组长:张卓
br> 组员:屈程伟 雷笑冬
张振刚 左嘉丰
马朝欣
摘要:水火箭是一个利用质量比和气压作用而设计的模型,其中最基本的原理——能量守恒定律的推广,即反冲原理。把气体打入密闭的容器内,使得容器内空气的气压增大,当超过橡皮塞与瓶口接合的最大程度时,瓶口与橡皮塞自由脱离,箭内水向后喷出,获得反作用力射出,而火箭也借此获得向前的速度。
关键字: 水火箭 动量定律
密舍尔斯基方程 反冲原理
质量比 压强差
目录
背景
原理
模型
制作过程
结论
改造与总结
背景
我国早在宋代就发明了火箭,箭杆上捆一个前段封闭的火箭筒,点燃后生成的燃气以很大速度向后喷出,箭杆由于反冲而向前运动。如今我国的火箭制作技术和发射技术,在世界也是居于领先地位的。
原理
火箭的制作以及发射当然是一场浩大的工程,但是通过物理课程学习我们了解到其中最基本的原理——能量守恒定律的推广,即反冲原理。用橡皮塞紧的瓶子,形成一个密闭的空间.把气体打入密闭的容器内,使得容器内空气的气压增大,当超过橡皮塞与瓶口接合的最大程度时,瓶口与橡皮塞自由脱离,箭内水向后喷出,获得反作用力射出.水火箭和火箭最大的不同,在于其推进的媒介由高温空气变成水而已。在发射水火箭前会灌入空气达一定压力,由于高压会自然向低压流去,故在喷嘴被打开时,空气自然向喷嘴流去,但由于水挡在前方,故水会被空气推出火箭,而火箭也借此获得向前的速度。
模型
制作
1.增压塞制作:用小刀切下橡皮塞较粗的一端,切口直径为2.3cm,穿过小孔装上气门芯、胶管、和螺帽,将橡皮塞用力塞进瓶口内,其露在瓶口外的部分不超过约2mm;用剪刀在饮料瓶盖中间挖一个直径约12mm的孔,以便使旋紧瓶盖时仅让气门芯露在外面。
2.侧翼的制作:用硬纸片剪下侧翼四个,为了使火箭飞行时有较好的稳
定性,侧翼必须有较高的硬度,如果纸片片硬度不够,可将两片或三片粘叠在一起制作,剪好侧翼后,将“粘贴爪”交替地折回两侧,用透明胶带对称地粘贴在火箭的下部侧面。
3.取出其中一个可乐瓶,大约以1/3的间距切成三等份.如图2,留下瓶口及中段部分,将第二个可乐瓶倒过来.如图3,将第一个的瓶口盖在第二个可乐瓶的瓶底,再将第一个的中段瓶身盖在第二个可乐瓶的瓶口.盖上后,用双面胶粘紧.再找出一个硬纸板,剪出平衡翼,平衡翼的数量为4个.太大的平衡翼很重,太小的起不了平衡作用.
制作关键
在制作过程中,喷口是最为重要的,密封一定要好,否则不能提供良好的压力.气针在木塞中,也要达到密不透水,最好用烧红的针尖穿洞。如果还有漏水情况,可以在气针上加装一个圆珠笔芯,圆珠笔芯的顶端伸出水面,可防止打气时气泡的翻滚和漏水情况。降落伞的线一定要粘牢,不然压力过大,可能会使线从伞身上掉落。
火箭的改造:
机翼的改造:机翼由原来的软胶片,调整成硬胶片,并将其牢固贴在瓶身。
机身的改造:机身由原来的3L的可乐瓶化为2L的可乐瓶,结果火箭飞得又高又远。
喷射口的改造:
1.将喷射口稍微改小一些,喷出的水会比较集中,使得火箭反冲作用明显。
2.
瓶口能否塞紧,决定了实验的效果,为此,我们需用胶水将瓶子口粘紧。其实还有一种方法,就是用螺旋式橡胶塞,可惜我们没有搞到。
水火箭的竖直升高高度与瓶内水位的关系可以通过做实验的方法获得:通过实验得出,当水量为1/3时,水火箭飞的最高.由实验结果看出:气压与射程成正比.这是因为气压越大,喷水的力量越大,水火箭的冲量越大,水火箭做反冲运动.而在发射水量为1000ml以上时,水火箭中的水未喷完,由于气压减小就停止了加速,增加水火箭的重量,使水火箭受重力影响而提前坠落了.质量越大,所需提供的动量就越大,当质量一定时,速度越大动量越大.而提高速度的方法是提高单位时间内的喷水量.所以,只有当水火箭内的气压与水量适当时,才能飞地更远更高.实验中发现,若水量大于固定气压所能喷射的上限,则水火箭中的水不会喷完,要如何避免水喷不完的情形呢?根据PV=nRT,可求出一定气压所能喷出的水量上限.若是水量不够一定气压所能喷出的水量被较早喷完.根据理论,发射时我们先量出能灌进水火箭的最大值,再算出此气压能喷出的最大水量,根据此两数据装水灌气,即可达到水火箭之最大射程(Pmax=Fmax×Mmax).