高一(2)班物理研究性学习组课题研究成果

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1、浙江省上虞中学高一（2）班物理研究性学习组课题研究成果报告随着时代的发展和社会的进步，学生的动手能力和实践操作能力越来越重要。结合我国目前的国情，航天科技迅速发展“神五”、“神六”、“嫦娥一号”相继发射成功，为更好了解导弹，运载火箭的发射升空，冋收的过程，体验导弹的飞行与飞机的飞行原理及不同点，了解航天科技，热爱航天科技，我们物理研究性学习小组在查找资料z后动手制作水火箭。根据查找的资料：“水火箭乂称气压式喷水火箭、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。灌入一定数虽的水，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

2、质量Z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，在空屮打开降落伞徐徐降落的火箭模型。”我们于2009年3月开始动手进行探究性学习。在制作完实验器材后，我们进行了第一次试验，试验结果并不理想。在组长曹隽羽的主持下，召开了一个研讨会，内容是“制约'水火箭'发射高度的因素有哪些。”郑华同学说：“'水火箭'发射高度与'水火箭'自身的质量有关。”金炯民：与瓶内的气压有关。郦雪琪：与瓶中灌水的质量有关。钟思远：与“水火箭”的外部形状有关。罗

3、斌：与瓶口的橡皮塞和金属气门的质罐有关。上述同学在提出白己的假设Z后，都对假设的“因素”进行了推理和验证，提出了白己的理论依据。下面仅举一位同学的假设与求证。假设：“水火箭”发射的高度与“水火箭”的质量有关。==求证：设“水火箭”自身的质量为nn,发射速度为V】。所谓“水火箭”的发射速度是指水、塞和气门喷出时“火箭”向上的即时速度。被高压气体向下喷出的水、橡皮塞和金属气门总质量为ID2,喷射物向下喷射的速度为V2。由动量守恒定律有：miVi+m2(-V2)=0Vi=m2V2/mi说明：Vi与血、mi、V2有关。如果血、V2保持不变，则“水火箭”发射时的速度与

4、自身的质量成反比，即：血越小，V】越大，V】越大，发射越高。故“水火箭”的发射高度与“水火箭”的质量有关，即血越小，发射越高。组长曹隽羽说：“我推出'水火箭'发射速度公式⑷二业巾/叫，应该是正确的。我们來做一•个实验证明'水火箭'质量nh越小，发射速度w越人，发射越高。”金炯民：在研究一个变量与儿个变量的函数关系时，我们可以选用两个形状、大小完全相同，里而灌水的质量、橡皮塞和气门的总质量n相同的“水火箭”，将其中一火箭瓶颈上绑上一块环形铁块，使两个“火箭”的质量不同，进行发射对比实验。郦雪琪：你的假设实验只控制了一个变量脳不变，还有水、塞子和气门向下喷出的速

5、度V2如何控制，使它们相同呢?戚佳斌：我想出了一个办法，讣两个瓶口的塞子塞得松紧程度一样，打气后，高压气体冲开瓶塞吋的压强就会一样大，产生向下的推力也一样大，喷出水和橡皮塞的速度V2就会一样了。大家异口同声说：“对，对，两个变量控制问题解决了。”然后通过实验证明：通过対比发射，“水火箭”发射的高度与“水火箭”自身的质量有关，即质量越小，发射的鬲度越高。同理经过反复的理论推导和实验验证得出以下结论：1.水火箭的竖直升高鬲度与瓶内水位的关系：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

6、的冲量越大，水火箭做反冲运动.而在发射水量为1000ml以上时，水火箭中的水耒喷完，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阳提前坠落了.质量越大，所需提供的动量就越人，当质量一定时，速度越人动呆越人•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.2.怎样提高水火箭的稳定性.水火箭在上升过程屮，并不是竖肓向上升的，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.提鬲它的稳定性，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

7、近流线型，这样便于气流的通过；要使它竖直上升，还耍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.发射轨道对射程的彫响.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氏线前进.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.由实验对知：耒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

8、时的中心为重心，所以我们可以把重心G当成支点，则在只