水火箭制作.docx

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水火箭制作

水火箭

○主题由来

　水火箭起源于日本夷山的划艇俱乐部成员，他们乐于进行野外活动。

于某日，他们看见用宝特瓶向翻覆的加拿大游挺发射救生索的场面，逐而诞生了用水喷射宝特瓶的构想。

水火箭是一个利用质量比和气压作用而设计的玩具，同时是物理教学中著名的案例之一，其中蕴含的物理原理是了解物理中力学的重要的基础。

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。

灌入三分之一的水（水是水火箭的燃料），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（水的密度是空气的771倍），压力空气把水从火箭尾部的喷嘴向后高速喷出，在反作用下，水火箭以急快的速度快速上升，靠惯性在空中滑翔飞行，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。

○背景介绍

现代国防技术里火箭技术是相当重要的一种，涉及到GPS导航技术、军用和民用卫星技术、导弹发射等等，下面我们就先简单了解下关于火箭方面的知识。

1.古代火箭

火药火箭是由中国人发明的，中国是古代火药火箭的故乡。

由中国古代科学家最早运用火药燃气反作用力原理创制的火箭，方法是将火药装在纸筒里，然后点燃发射出去。

或将燃烧物附在弓箭头上用做武器使用。

火箭这个词在公元三世纪的三国时代就已出现。

在公元228年三国时期，魏国第一次在射出的箭上装上火把，当时蜀国丞相诸葛亮率军进攻陈仓（今陕西宝鸡东）时，魏国守将郝昭就用火箭焚烧了蜀军攻城的云梯，守住了陈仓。

"火箭"一词自此出现。

不过当时的火箭只是在箭头后部绑附浸满油脂的麻布等易燃物，点燃后用弓弩射至敌方，达到纵火目的的兵器。

中国古代火箭有箭头、箭杆、箭羽和火药筒四大部分。

火药筒外壳用竹筒或硬纸筒制作，里面填充火药，筒上端封闭，下端开口，筒侧小孔引出导火线。

点火后，火药在筒中燃烧，产生大量气体，高速向后喷射，产生向前推力。

其实这就是现代火箭的雏形。

火药筒相当于现代火箭的推进系统。

锋利的箭头具有穿透人体的杀伤力，相当于现代火箭的战斗部。

尾端安装的箭羽在飞行中起稳定作用，相当于现代火箭的稳定系统。

而箭杆相当于现代火箭的箭体结构。

2.现代火箭

现代火箭是目前唯一能使物体达到宇宙速度，克服或摆脱地球引力，进入宇宙空间的运载工具。

火箭的速度是由火箭发动机工作获得的。

早在1903年齐奥尔科夫斯基就推导出单级火箭的理想速度公式：

V=ω*Ln（Mo/Mk），火箭的速度与发动机的喷气速度成正比，同时随火箭的质量比增大而增大。

即使使用性能最好液氢液氧推进剂，发动机的喷气速度也只能达到4.3～4.4公里/秒。

因此，单级火箭不可能把物体送入太空轨道，必须采用多级火箭，以接力的方式将航天器送入太空轨道。

火箭用于运载航天器叫航天运载火箭，用于运载军用炸弹叫火箭武器（无控制）或导弹（有控制）。

航天运载火箭一般由动力系统、控制系统和结构系统组成，有的还加遥测、安全自毁和其他附加系统。

火箭的基本组成部分有推进系统、箭体结构和有效载荷。

有控火箭还装有制导和控制系统，有时还可根据需要在火箭上装设遥测、安全自毁和其他附加系统。

推进系统是火箭飞行的动力源。

固体火箭的推进系统就是固体火箭发动机。

液体火箭的推进系统包括发动机、推进剂贮箱、增压系统和管路活门组。

箭体结构的作用是装载火箭的所有部件，使之构成一个整体。

通常固体火箭发动机的壳体和液体火箭的箱体构成箭体结构的一部分。

除此之外，还包括尾段、级间段、仪器舱结构和有效载荷整流罩等部分。

有效载荷是火箭所要运送的物体。

○教学目标

根据基地办学的理念及场地设施设备，培养学生的科学素养和动手操作的能力，我确立了如下的三维目标

1.知识与技能目标：

（1）使学生了解军事知识导弹火箭等相关知识，从而激发学生的兴趣。

（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。

2.过程与方法目标

（1）使学生初步体验动手利用废旧可乐瓶制作水火箭瓶身。

（2）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

3.情感态度与价值目标：

（1）通过水火箭制作及发射，让学生懂得合作交流，感受探索的乐趣和成功的体验，体会科学知识的奥妙。

（2）使学生养成积极思考，细心、耐心、独立思考的好习惯，并且同时培养学生的团队合作精神。

○教学重点

成功制作出要求的说火箭并能按要求发射。

○教学难点

（1）熟练运用直尺、剪刀、订书机等工具制作出水火箭尾翼；

（2）能根据水火箭模型进行装配，并能根据物理知识去调节发射架来从而进行最佳高度和远距离发射。

○教学方法

本节课我将采用指导式、分组自主体验式以及分组讨论操作的教学方法，以学习安全操作要求、学生分组分工操作讨论的形式，倡导学生主动参与教学实践活动，以独立思考和相互交流的形式，让学生去联想、探索，联系实际从真正意义上完成水火箭的制及发射作，从而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。

○制作过程

1.导入：

先了解国内长征号系列火箭相关知识，着重看清长征号火箭尾翼的形状。

同时观看多级水火箭发射的场景，从而引发学生的兴趣。

2．制作工具：

订书机、剪刀、直尺、圆珠笔、发射架、打气筒、水桶。

3.制作材料：

可乐瓶或者七喜汽水瓶、电工胶布、2-3mm泡棉、锥形胶头、专业螺纹喷嘴、螺丝刀及小型扳手。

4.安全注意事项

水火箭制作和发射时，但我们必须遵循一定操作方法，才能体验快乐，所以进入操作室后必须做到如下几点：

（1）有序进入，未经许可不得擅自动用工具。

（2）保持室内清洁，不乱扔垃圾，不吃零食。

（3）爱护公物，如有损坏，按赔偿制度处理。

（4）严格遵守操作规则，严禁任何违规操作行为，注意正确使用剪刀及注意用电安全。

（5）活动完毕，按要求将器材工具，书籍资料等放在指定位置，并切断仪器设备电源，做好清洁。

5.合作分工

根据人数分成10-12个小组，每个小组2至4人，一人处理喷嘴和火箭头，一人设计尾翼尺寸，两人裁剪尾翼及组装尾翼。

保证每一位学生都参与水火箭的制作过程。

6.制作步骤

（1）材料准备：

600mL或1.5L的可乐瓶、剪刀、订书机、专业螺纹喷嘴、橡皮水火箭头（可选）、502胶水（可选）电工胶布、彩色2-3mm泡棉纸。

图一：

简单型水火箭

图二：

多舱水火箭

（2）制作过程（如上图所示）：

可以做<简单型水火箭>也可以做<多舱行水火箭>,做多舱水火箭利用胶水需要两个可乐瓶,简单型水火箭只有一个动力舱,则需要一个可乐瓶。

在这里以<多舱水火箭>为例：

拿出一个可乐瓶，大约以2／3的间距切掉瓶底。

留下剩下的瓶口及中段部分，将第二个可乐瓶倒过来，套在另外一个可乐瓶的瓶底，盖上后，用双面胶或者电工胶布粘紧（高年级学生用胶水低年级学生可以用电工胶布），同时在完整可乐瓶---动力舱装上螺纹喷嘴,在2/3可乐瓶---储物舱装上火箭头（低年级直接用橡胶火箭头，高年级自己制作火箭头）。

然后利用2-3毫米泡棉纸剪出平衡尾翼，平衡翼的数量为3-4个．均匀分布在底部，注意大小适中，太大的平衡翼很重，太小的起不了平衡作用．最后利用电工胶布或者胶水将尾翼粘牢。

根据不同的学生对象选择不同的尾翼时，粘贴物时和尾翼的造型同时也需适当改变。

如上页图一、图二所示。

（3）分组进行发射

1、安全操作要求2、组内试验、探究、讨论3、分组比赛4、反思并总结

图三：

学生发射水火箭

7.总结评价

采用自我评价、小组互评于教师评价相结合的方式对各个小组的作品进行分析、点评，对取得的成果和存在的问题进行探讨，为日后进一步改进设计服务。

对同学的制作产品进行分组点评，并给予表扬做得好的组，对没有做好的组分析原因，并鼓励大家，希望同学们从小养成细心、爱思考的习惯，增强对科学的探究精神。

评价表

评价内容

自我评价

小组互评

教师评价

阅读能力

制作过程

工具使用

活动态度

合作意识

安全意识

8、助学指导

（1）在制作过程中，主要是制作3-4片尾翼，根据泡棉的厚度，和学生对象按尺寸制作好，尾翼要平整，厚度合适，重量适当。

尾翼样子可以选择平行四边或者类似梯形。

同学可以自选选择，但主要飞行时能减小阻力就可以。

同时也要检查黑色螺纹嘴有没有破也重要的，密封一定要好，否则不能提供良好的压力。

（2）加水：

水火箭加入水量的多少直接决定水火箭的射程。

动量P=mv，在释放空气时，火箭中的水在气体放尽时也刚好放完是最佳情况。

这时，火箭获得的的动量最大（速度也最大）。

发射：

水火箭发射时利用牛顿第三定律，力的作用是相互的。

当控制火箭中的控制阀让动力舱的气体释放，并产生压力，作用在水上，水和气的混合物在瞬间喷出，火箭获得一个极大的反冲力，瞬间“飞出”。

利用压强P=F\S，喷水口的面积S一定，要想使箭获得更大的反冲力（速度），就要使火箭中的压力足够大，即要充入更多的空气，这就利用了PV=nRT，n越大，p越大。

飞行：

火箭飞出后利用自身的惯性飞行（牛顿第一定律）；火箭飞出时的速度是斜向上的，在重力的作用下，火箭的飞行轨迹是抛物线（斜抛运动），这就是“弹道飞行”。

（运动学原理）同时，由于摩擦，火箭还受到空气阻力的作用，使得火箭的速度不断减小。

上升到一定高度后，火箭的竖直方向速度减小至0，火箭开始降落，依然呈“抛物线”型。

总之，水火箭利用的物理学原理有：

动量P=mv及动量守恒定律，PV=nRT，牛顿运动定律（第一第二第三），运动学公式等。

【知识链接】

45度角的原理:

如图所示，水火箭的动轨迹为曲线，在物理中曲线运动的射程：

S=Vx*t（①式），我们假设初速度V不变的情况下，什么时候水平射程S最大。

首先把图中的V分解为Vx（即水平方向的分速度）和Vy（即竖直方向的分速度），V与水平方向的夹角为θ，由以上可知：

又根据物理学中落体运动规律可知水火箭在空中的飞行时间为：

代入①式得：

由数学三函数关系：

可把上式化简为：

正弦函数最大值为1，由此我们可以知道了水火箭的最大射程，即：

当

时

此时

得到：

也就是在理想状态下，射角度为

时，水火箭的射程最远。

9.拓展延伸

（1）阅读关于水火箭制作的有关技术资料，并在课外动手实践，尝试制作二级水火箭或者多级水火箭。

（2）阅读降落伞制作的有关技术资料，并在课外为自己的水火箭实施制作一个可以安全降落的降落伞。

○教学建议

1.在制作过程中，始终要强调和关注正确行为习惯的培养。

如：

遵守活动场地操作要求，耐心细致的习惯、爱护场地卫生、尊重他人、懂得于他人相互协作等。

2.使用剪刀时注意安全、正确摆放，废料要放入指定收集盒里，做到时刻提醒学生合理分工、相互协作。

3.发射过程中注意安全，去捡发射出去的水火箭一定要从发射场地两旁走。

4.根据不同年龄段学生，适当增减制作难度并认真记录每一节课学生的各种情况，写好教学反思，为下一节活动课进一步改进提供资料。