演示物理——竹蜻蜓

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1、对竹蜻蜓的力学原理探究实验目的（1）利用力学知识探究竹蜻蜓的力学原理（2）学会利用控制变量的方法探究影响竹蜻蜓飞行高度与飞行时间的因素，主要冇竹柄长度，叶片大小，起飞的速度等（3）了解类似于竹蜻蜓的一些其他东西，以及竹蜻蜓在实际生活中的一些应用（4）了解有关竹蜻蜒的一些历史。实验器材竹柄长度不同的竹蜻蜓，叶片大小不同的竹蜻蜓，叶片倾斜角度不同的竹蜻蜓各一组高速照相机，自制的竹蜻蜓加速器（可以将竹蜻蜓加速到某个速度之后自动放飞竹蜻蜓，尽可能的减少人体操作带來的误差）实验方法采取控制变量的方式。比如探究

2、叶片倾斜角度的影响：保持两个竹蜻蜓的质量，竹柄长度，叶片大小相同，改变叶片倾斜角度，记录倾斜角度大小a与b。分别将竹蜻蜓加速的相同的速度并放飞，用高速照相机记录英飞行轨迹与上升的最大高度H1与H2,同时用秒表分别记录两个竹蜻蜓的飞行时间tl与t2o改变飞行初始转速，多进行几次实验。仿照上述步骤，依次探究竹柄长度，叶片大小对竹蜻蜓飞行高度和飞行时间的影响。实验现象启动加速器后，竹蜻蜓加速到一定的速度，放飞后，竹蜻蜓呈抛物线的轨迹飞出,上升到最大高度后下落。可以看出，当控制•其他条件一致时，竹蜻蜓的叶片

3、越大，倾斜角越大，速度越大其飞行高度与飞行持续的时间都会变大，但是当叶片与倾斜角超过一定的限度，会得到与之相反的结论。原理分析竹蜻蜒由两部分组成。一是竹柄。二是“翅膀”。叶片是斜面，并且两个叶片是中心对称的。叶片的斜面起关键作用，当转动棍了使得叶片旋转起來的时候，旋转的叶片将空气向下推，形成一股强风，而空气也给竹蜻蜓一股向上的反作用升力，这股升力随著叶片的倾斜角而改变。如图所示，竹蜻蜓以W转动，空气给叶片的力为F,可以分解为水平力&与竖向力化，当2Fy>W时，就会有向上的加速度使得竹蜡蜓向上飞起，由

4、于两个叶片是中心对称的，所以两个化的方向和反，产生力矩使的竹蜻蜒角动量减小直到2F/W时，竹蜻蜓下落。斜面与水平面之间的夹角为e,Fv=FcoseoF与e还有叶片面积与开始的作用力有关。叶片的阻力面积愈大作用力愈大，因而反作用力也愈大（浮力也愈大），竹蜻蜓就飞得愈高。但是我们也发现阻力而积愈大，所需的旋转力愈大，因此在实际竹蜻蜓的操作中并不实用，这就需要在力与角度面积中找出一个平衡点使得竹蜻蜓省力好操作又飞得高。注意事项要注意在改变竹蜻蜓的竹柄长短时，根据控制变量的原理，要保证其质量不变,可以采取改

5、变竹柄厚度方法。选区适当的实验场地，最好在室内无风空旷的地方。要进行多次的实验，不可以仅仅根据一组实验就得出结论。讨论思考具体探究叶片倾斜角的影响，讨论具体的数学关系，得出一定的数学结论。具体探究时间与各种因素的代数关系，是否遵循一定的线性关系。实验联想被誉为“航空之父”的英国人乔治•凯利就对竹蜻蜓着迷。他的第一项航空研究就是在1796年仿制和改造了“竹蜻蜓”，并由此悟出螺旋桨的一些工作原理。他的研究推动了飞机研制的进程。并为后人研制直升机带来灵感。螺旋桨的原理与竹蜻蜓有很多相似之处，飞机螺旋桨在发

6、动机駆动下高速旋转，产生拉力，牵拉飞机向前飞行。桨叶在高速旋转吋，同吋产生两个力，一个是牵拉桨叶向前的空气动力，一个是由桨叶扭角向后推动空气产生的反作用力。由于而桨面与后桨面的曲率不一样，在桨叶旋转时，气流对曲率大的而桨面压力小，而对曲线近于平直的后桨而压力大，因此形成了前后桨而的压力差，从而产生一个向前拉桨叶的空气动力，这个力就是牵拉飞机向前飞行的动力。另一个牵拉飞机的力，是由反作用力而得来的。升力莱特兄弟发明飞机也曲竹蜡蜓中得到不少启发，例如飞机的机翼，向前飞行时，倾斜的机翼受到空气的作用关于竹

7、蜻蜓的历史竹蜻蜓是中国占老的玩貝，其外形是一片呈翼形的竹片，当中有一个小孔，插一根笔直的竹棍儿，用两手搓传这根竹棍儿，竹蜻蜓便会旋转飞上天，当升力弱时才落到地面。这一古老的玩具，流传至今已有2500多年的历史。这种玩具的发明源于我国古代人对大自然中蜻蜓飞翔的观察受到的启示。公元17世纪苏州巧匠徐止明，整天琢磨小孩玩的竹蜻蜓，想制造一个类似蜡蜓的直升飞机，并且想把人也带上天空。经过十多年的研究，他造岀了一架直升飞机。它冇一个竹蜻蜓一样的螺旋桨，驾驶座像一把圈椅，依靠脚踏板通过转动机构来带动螺旋桨转动，

8、试飞吋，它居然飞离地面一尺多高，述飞过一条小河沟，然后落下来。