小组成员:李增蕾 钟凯 欧阳旭 潘至秦 郭聪 胡颖姬 戴建月
指导教师:王高波
一.背景和意义:
宇宙 ,一个陌生而熟悉的名词。陌生,因为它深不可测,致使地球上最先进的科技也只能探索其渺小的一小部分空间;熟悉,宇宙就是我们的家,我们就生活在宇宙中。出于陌生,全球各国对宇宙的探索日益增多。比如我国,自1956年把开发火箭技术纳入国家12年科学发展远景规划后,往后几十年结出了无数的累累硕果;1960年成功发射第一枚探空火箭和第一枚自制运载火箭;1965年制订了研究和发射人造地球卫星的空间计划;1970年第一颗人造卫星“东方红一号”发射成功,成为世界第五个有能力用自制的运载火箭 ,发射本国自行研制的人造卫星的国家;1975年,第一颗返回型人造卫星发射成功,成为世界上第三个掌握卫星放射返回技术的国家,近几年,在人们欢庆祖国诞辰五十周年后,科学家又为祖国送上了一份大礼,十一月二十日六时三十分,中国第一艘载人航天试验飞船,“神舟”号,在酒泉卫星发射中心用新长征运载火箭发射升空,绕地球飞行14圈,并进行了预定的空间科学试验,于21日3时41分在内蒙古中部地区成功着陆,标志着我国的载人航天技术已进入世界强国之列。以上无论是卫星,还是航天器的升空,都离不开火箭。当火箭从尾部喷出烈焰时,那力拔千钧之势,真让人感到一种敬畏。
高中物理课本有“动能和动量守恒”一章,原来火箭也是利用反冲运动的原理制成,文章介绍了古代与现代火箭的知识,还安排了一个“自制水火箭”的小实验。“水火箭”顾名思义,即水反冲火箭,它的外形做成火箭的样子,发射时不用燃料,而是通过高压空气将水向下急速喷出,利用水的反冲,使火箭升空。为了更好地理解动量守恒的原理和应用,加深对火箭这一尖端科技的了解,提高学生学习的兴趣,培养动手能力;又因为“水火箭”具有设计合理,取材广泛,制作容易,操作简单等优点,所以我们几个就成立了研制水火箭小组。
二、制作前的准备:
所需材料:
2升、550毫升的塑料瓶各若干个,自行车气门芯一个,钢制易拉罐一个,橡胶垫片2个,剪刀,刻刀各一把,胶水,打气筒,钳子,钻头等。
计划步骤:
1.增压塞制作
2.发射台制作
3.试飞
4.装饰
任务分工:组长:李增蕾 制作:郭聪、潘至秦、欧阳旭
记录及写作:钟凯、戴建月、胡颖姬
三、制作过程:
⑴增压塞的制作:
增压塞是整个水火箭制作的关键,它是所有零件的核心。只有增压塞的优良品质,才能保证水火箭的飞行方向和高度,为此我们对增压塞的制作十分重视。
拿一个塑料瓶盖,在正中心打一个直径为7mm的洞,两侧垫入垫片,以此来增加其气密性,再将气门芯装小孔,拧紧。
在制作过程,我们发现:
1.小孔一定要打在瓶盖中心,否则将会影响火箭的飞行状况,会出现偏离航向或打转等情况。为此我们采用数学课中找圆心的方法,找到瓶盖的圆心,然后利用圆规在盖上画出一个直径为7mm的圆。接着用小刀粗略地把圆的内部挖去,最后再用小刀把圆周围不平的地方挖平。为了增加气密性,我们还使用刀,砂纸将圆的周边打磨光滑,这样小孔偏离中心的问题就迎刃而解。
2.在试飞时,我们发现将气体打入时,瓶中的水就会通过增压塞漏出来 ,于是制作时我们还要保证其气密性,对此进行一次研究。
如果是瓶盖一瓶身之间漏水,我们可以换一个合适的瓶盖,拧紧后,问题就可以解决。
如果水从气门芯中漏出,可以换一个气门芯或换气门芯内的小橡皮。
如果水从小孔中出来,则在制作过程中,要注意:
①.挖小孔,在瓶盖两侧会留下坑坑洼洼的割痕,因此在挖完小孔后应用砂皮之类物品将表面打磨光滑。
②.在垫入橡胶垫片时,应将内孔开得比气门芯直径略小一点,而垫片的外径要比小孔直径稍大一些。
③.在安装气门芯时,要将螺帽用钳子拧紧。
⑵发射台的制作:
发射台首先为了让火箭较美观,并使其竖直起飞,保持其航向。其次就是使火箭重心降点至增压塞附近,保证火箭稳定飞行。
在发射台制作材料的选择上,大家一致认为是钢片:
1.火箭发射后会边连发射台一起上升,因此在下落后会对发射架造成极大的损坏,而钢片相对木头、塑料比较坚硬。
2.为使重心下降至增压塞,要求发射台有一定重量,相对而言,还是钢片稍重
综上所述,再加上钢片比较容易得到,大家就一致认同。结果取一个钢制易位罐部分1/2作为发射台的一部分,再拿一个比箭身直径稍大的塑料瓶作为基部与箭身相连的连结体,取4块大小形状相同的机翼,粘于其部两侧。
四、试飞准备:
书上介绍在给火箭打气时,当瓶内的气压大于塑料瓶的承受力是,瓶子就会爆裂,造成操作人员的受伤。因此我们特意在试飞前先进行对瓶子的打爆试验。
我们先拿来两个同制作火箭身相同的塑料瓶,进行两次试验(为保证操作人员的安全,我们将试验的瓶放入灌木丛中,以避免塑料瓶爆裂时炸伤周围人员。):
第一次:我们对空瓶进行打爆试验,打60左右下后,塑料瓶还未爆裂,将塑料瓶拿出灌木丛时,发现瓶子已经严重变形,变得臃肿。当拔出气门芯时,强大气流还可以使瓶子上升一点高度。当瓶子中的空气放出后,瓶子周围变冷,这是由于大气向外作功的原因。
第二次,在瓶中注入1/3的水,然后进行再进行打爆试验。打50下后,塑料瓶没有发生爆裂。
于是由上述二次打爆试验,结论可得:在试飞是时了,一般地对盛有1/3左右水的箭身打30下气不会有爆裂的危险,因此可以大胆的进行试验。
五、试飞:
第一次试飞:
我们商量认为大瓶自身的容积比较大,发射的就可以贮存大量的能量,这样火箭就可以飞得更高。
可是事与愿违,当我们第一次对简易模型进行试飞时,发现箭身在上飞时不停地打转,试验几次都差不多。但令我们欣慰地就是火箭可以起飞了。
试飞后,我们进行了对火箭飞行时存在的问题的讨论。讨论后主要发现火箭飞行时的打转现象。
引起火箭飞行时打转的主要原因是: