物理实验水火箭

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水火箭又称气压式喷水火箭、水推进火箭。是利用废弃的饮料瓶制作成动力舱、箭体、箭头、尾翼、降落伞。灌入一定数量的水，利用打气筒充入空气到达一定的压力后发射。是利用水和空气的质量之比（水的质量是空气的816倍），压力空气把水从火箭尾部的喷嘴向下高速喷出，在反作用下，水火箭快速上升，加速度、惯性滑翔在空中飞行，像导弹一样有一个飞行轨迹，最后达到一定高度,在空中打开降落伞徐徐降落的火箭模型。

水火箭是寓教于乐、不用花钱、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导弹,运载火箭的发射升空,回收的过程,导弹的飞行与飞机的飞行原理及不同点。解释牛顿第一、第二、第三定律（作用与反作用、惯性、能量守恒定律）了解一些基本的空气动力学和飞行力学等方面知识。使广大青少年了解航天科技，热爱航天科技,为国家航天事业培养、造就、输送优秀人才。

发射原理

用橡皮塞塞紧的可乐瓶，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．

水火箭的制作

1.材料准备：3~6个2.25L的可乐瓶、剪刀、单面刀片、木塞、球类气针、圆珠笔芯、订书机、双面胶、彩色装饰纸．

2.制作过程：如图1,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．

3.制作重点：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。

研究方法

1.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1／4时，水火箭飞地最高．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）．

2.怎样提高水火箭的稳定性．

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．

3.发射轨道对射程的影响．

固定水量600ml，发射仰角50°．利用无轨发射架和70cm发射架分别发射水火箭并记录结果及发射情况．比较发射轨道对飞行距离的影响．实验结果显示：有轨及无轨发射器在同一冲量所造成的射程都差不多，可见有无轨道都不影响射程．但在冲量越小时，无轨发射器发射的水火箭容易常常偏离预定方向；而有轨发射器因为有两个支点，使水柱喷射时不易产生其他方向的分力，因此水火箭能精确的直线前进．所以，有轨发射器在准确度上胜于无轨发射器．

4.弹头重量对发射轨道的影响．

固定水量600ml，发射仰角50°，使用有轨发射器．弹头依序放置填充物，质量为30g，40g，50g，60g．比较弹头重量对水火箭发射轨道的影响．

由实验可知：未加前置填充物的弹头，因受到尾翼质量的影响，重心明显偏后．这时候，因为物体旋转时的中心为重心，所以我们可以把重心G当成支点，则在只受重力的情况下弹头即成一个以G为支点的平横杠杆．在飞行时，弹头A与弹尾B将受到相同的风阻影响，但由于力臂不同（AG＞AB），所以A点所产生的力矩大于B点，故水火箭即会旋转影响航道．所以我们必须放前置填充物，将重心G向A移动，使力臂AG＝BG（即水火箭的中点），这样A、B产生的力矩才会相同，达成平衡．但是如果前置填充物放得太多，重心偏前，造成力臂AG＜BG，力矩A＜力矩B，则又会变成旋转的情形，而造成反效果．所以，由实验的结果得知，填充物约65g为最好，而此时重心正好位于首尾中点．当然，这个质量是不确定的，因水火箭的不同而异．

5.发射仰角的影响．

固定水量500ml水，前置填充物，使用有轨发射器．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50°到55°之间（约为52°）时，可以达到最大的射程．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．

四、延伸制作．

1.于大型水火箭的制作．熟悉了水火箭的基本制作后，可以尝试制作大型水火箭．由质量较轻的金属做成，提供气压由气泵完成．

2.多级火箭的制作．

把几个水火箭绑在一起，由一个进气孔提供气压．同时喷出水柱，提高水火箭的飞行能力．

经过这半个多学期的探索、研究、实验我们初步地完成了水火箭研制工作，从中我们在许多方面有了提高．通过查找资料的方法，我们对火箭的发展历史，特别是我国火箭技术发展的历史，有了很深刻的认识．知道火箭是现代航天所必需的运载工具，我国是火箭技术的发源地，现在的运载技术已经达到了世界先进水平，成为当今世界的航天大国．我国对航天航空事业很关注，然而由于资金短缺以及技术的缺陷航天事业发展地很缓慢，但随着综合国力的强大，在与外国的合作下已发射了多枚“长征系列”的火箭，去年，我国又成功发射了“神州二号”、“神州三号”宇宙飞船，为将来开发宇宙打下坚固的基础．

航天科普知识包括以下内容：

1. 航天器的概念：航天器是指能够在大气层外空间（太空）进行活动的人造卫星、宇宙飞船等飞行器。

2. 航天历史：介绍人类航天的历史，包括最早的航天先驱者、第一次载人航天、第一个太空站等。

3. 航天技术：介绍航天技术的基础知识，如火箭推进、航天器导航、空间通信等。

4. 空间探索计划：介绍国际空间站、月球探测、火星探测等空间探索计划。

5. 航天应用：介绍航天在科学研究、国民经济、国防建设、文化教育等领域中的应用。

6. 航天安全：介绍航天安全的基本知识，如避免太空垃圾、保护宇航员健康等。

7. 未来航天展望：介绍未来航天的展望，包括可重复使用火箭、太空旅游等。

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