综合实践活动案例：水火箭的制作与发射

发布者：cj_fuhong   发布时间：2014-04-23 10:57:31   点击数:

水火箭的制作与发射

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。