水火箭飞行高度的探究--陈鹏

水火箭飞行高度的探究

山东交通学院信息工程系

作者：陈鹏、褚春亮、黄浩

指导老师：刘进庆

时间：2011 年2 月

目录

1 研究背景与意义 (3)

2 研究内容 (3)

3 飞行高度计算模型建立 (4)

3.1 计算模型建立前提假定 (4)

3.2 数学推导模型建立 (4)

4 水火箭的制作研究 (8)

4.1 水火箭的实体制作 (8)

4.2 空气阻力系数的测定 (10)

4.3 空气阻力系数的求解 (13)

5 考虑空气阻力的火箭飞行高度 (13)

5.1 用MATLAB求解的思路 (13)

5.2 MATLAB程序及图像 (14)

6 误差分析与结论总结 (16)

6.1 误差分析 (16)

6.2 结论 (16)

6.3 论题展望 (17)

7 附录 (17)

8 致谢 (18)

9 参考文献 (19)

1研究背景与意义

水火箭即水力压缩火箭是一种制作及发射相对较容易的火箭。目前国内的水火箭还停留在制作上，没有深入到用数学的方法进行严谨的深入的探究。随着数学和物理知识的不断积累，已初步具备对水火箭进行深入探究的基础。又逢第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛，于是怀着浓厚的兴趣对之进行深入的探究。

探究水火箭的飞行高度可以极大的提高我们的动手能力、实践能力、创新能力、以及综合运用所学知识解决实际问题的能力。同时今后可对他人制作水火箭提供一个理论参考。

2研究内容

水火箭是火箭的一种，其动力来自于火箭体内的压缩空气，通过高压不断把火箭体内的水向外喷出，火箭获得反方向的推力，在推力、重力及空气阻力的合力作用下向前飞行。本文主要研究自制火箭，在一定条件下（自身载重、空气阻力等）发射的高度公式推导及其试验论证。主要研究及试验内容如下：

（1）飞行高度数学计算模型建立

（2）水火箭制作研究

（3）应用MATLAB求解微分方程

（4）试验论证、模型修正

3 飞行高度计算模型建立

3.1 计算模型建立前提假定

（1） 由于自制水火箭飞行高度较低，不考虑火箭在飞行过程中重力加速度的变化，假定为一定值；

（2） 由于自制火箭在飞行的过程中随着简体内部的水量的不断减少，箭体内气压不断降低，射速会不断减小，因时间紧迫先不考虑

射速变化对飞行高度的影响，只研究空气阻力的影响。即u 为恒矢量。

3.2 数学推导模型建立 3.2.1 火箭推力公式的推导

我们只在竖直方向上对火箭的飞行过程做受力分析。

我们设火箭飞行的某时刻t ，火箭—水系统（以下简称系统）的

质量为'm ，它相对于某一选定的惯性参考系（地球）的速度为v ，

在t t t →+?时间间隔内，有质量为m ?的水被以速度u

相对火箭喷

射出去，此时系统则包括火箭、剩余的水以及被喷射出去的水。在时

刻t t +?火箭相对选定的惯性系的速度为v v +?

，而水流相对于惯

性系的速度则为v v u +?+

。

按上述分析，在时刻t ，系统的动量为

()'P t m v =

在时刻t t +?时间，系统的动量为

()()'P t m m v v m v v u ???

?=+ ? ??

?

?

?

-?+??+?+

在t t t →+?时间间隔内，系统动量的增量为

()()P P t t P t ?=+?- 即

'P m v u m ?=?+?

由上式可得动量随时间的变化率为

'd P

d v

dm

m u dt dt dt

=+

式中/dm dt 是水流质量随时间的变化率，而它又是由火箭中喷射出来的，故有

'dm dm dt

dt

=-

于是上式可写成

'

'd P

d v

dm m u dt dt dt

=-

我们知道系统的合外力等于系统动量随时间的变化率，因此作用于系统的合外力

'

'd P

d v

dm F m u dt dt dt

=

=-

即

''d v

m F d d d m t

t u =+

（1）

'

dm u dt

即为火箭的推力。

3.2.2 火箭飞行高度的推导

由（1）式我们可以知道F

是系统所受的合外力，即为重力和空

气阻力，所以有

2

1

2

'''d v

dm m u m g c S v dt dt

ρ=++

（2）

上式就是我们理论推导出的火箭飞行高度的微分方程。

我们先不考虑空气阻力的影响，继续推导火箭的飞行高度公式为火箭的实际制作做理论指导。

我们已设定不考虑射速变化的影响，所以u

为恒矢量，在0

t =时，火箭的质量为0

'm ，速度为0

v

，在t t =时，火箭的质量为'm ，

速度为v

，先不看空气阻力，那么对上式积分得

00'0''v

m t

v m dm d v u g dt m =+???

于是有

''ln ln ''

m m v v u gt u gt m m -=+=-

应当注意的是这里u ，g 是u 、g

的模，与火箭的飞行方向相反，

我们默认火箭的飞行方为正方向。

我们设火箭的飞行高度为y ，上式可写为

'

ln

'

dy m v u gt dt

m =

=-

或

'

ln

'

m dy u dt gtdt m =-

我们设在0t =时，0y =； t t =时，y y =对上式积分得

'ln

'

y t t

m dy u dt g tdt m =-?

??

于是有

2

1

2

'

ln

'

m y u t gt m =- （3）

我们令火箭起飞时水的体积为V 升、喷嘴的横截面积为s ，那么有

V uts =

即

V u st

=

带入（3）式得 2

1

2

'

ln

'

V m y gt s

m =

-

（4）

由此可以看出火箭装水越多、喷口面积越小、质量比越大、喷射时间越短飞行高度越高。但是这对塑料瓶的耐压承受力就有很大的要求了。我们做了一次塑料瓶的耐压极限测定实验，从实验看出普通塑料瓶的耐压极限在1M P a 以上。这对下面的火箭设计制作有指导意义。

注意：在（4）式中我们没有考虑空气阻力。那么考虑空气阻力如何求解呢？这就要借助计算机辅助求解了。在水火箭飞行的过程中空气阻力2

12

f

c S v ρ=

其中

ρ

是空气密度，标准状况下约为

3

1.293/k g m ；S 是箭体径向迎风面积；v 是火箭飞行速率；c 是空

气阻力系数，这也正是我们主要的测量数据。

不同的飞行器有不同的尺寸、形状，其空气阻力系数也不同。为了验证计算的正确性，我们简易制作一个水火箭作为研究对象，并测量其空气阻力系数c的值，最终计算出火箭的飞行高度，并用实验验证之。

4水火箭制做研究

4.1火箭实体制作

简易的火箭要满足两个条件才能正常起飞。一个是火箭的推力必须满足其自身重力，这样火箭才能飞得起来。另一个是火箭的重心必须在其压力中心之上（一般取一个箭体直径的距离），这样火箭才能在飞起来的基础上飞的稳定。

如图设计图纸（三角尾翼）。（单位：cm）

图1

很容易算出压力中心即为红色条带处。对于重心位置可以用加水的多少以及在箭头配重的方法平衡。

那么如何如何满足火箭的推力大于重力呢？回到式

'

dm u dt

可以看出火箭的推力与射速、排除率成正比。我们设定在火箭内部装2升的水，在1秒内全部射出（这时瓶内的压强约为4个大气压），喷口的横截面积为226410s m π-=?（即直径为8m m 的圆孔），那么射速39.75/u m s =，排除率为2/kg s ，推力就是79.5N ，这个推力足以使自重3kg 左右的火箭迅速起飞了。

如图为火箭实体：

经试射，达到预期设计指标（见附录）。

4.2 空气阻力系数的测定

在航天航空工程中有专门的风洞实验室用于测量各种飞行器的空气阻力系数。鉴于条件有限我们设计一个简单的方法粗略的测算

c 。方法如下：

风洞的本质即是在地面模拟飞行器飞行时的环境特征，我们可以把火箭横放在一个于平直路面沿箭体径向匀速运动的车上，这样火箭相对空气就有一个不变的速度，我们把车的速度测出来、空气密度已知、火箭的迎风面积测出来。又因为火箭可以看作是匀速直线运动，所以它所受的空气阻力不变，我们可以用弹簧秤把它测量出来，这样通过方程2

1

2

f c Sv ρ=就可以很容易算出c 了。

以上是理想的状态，事实上在测量的过程中还有风以及火箭和支架之间的摩擦力的影响。为了尽量使测量数据准确我们的解决办法如下：

1、 尽量在无风或微风的天气下测量，在逆风和顺风的方向同

时测量取平均值以抵消微风的影响。

2、 对于摩擦力，在车速低于定值向定值加速和高于定值向定

值减速的两种情况测量取平均值以抵消摩擦力的影响。如设定v 的值为15m/s ，我们可以使车的速度从12m/s 加速到15m/s 测量一个数据，从18m/s 减速到15m/s 测量一个数据，两个数据的平均值即为平衡摩擦力后的数值。 3、 多次测量取平均值。

如表1为实际测量结果，汽车的速度约为48/km h ：（单位：g ）

表1

由表可知在速度为15m /s 时火箭的空气阻力约为2.94N 。 下图是测量时的图片资料：

架设火箭

准备测量

汽车行驶中

4.3 空气阻力系数的求解：

因为

2

1

2

f c Sv

ρ=

有

2

2f

c Sv

ρ=

代入数据解得20.075//c N s kg m =?

5 考虑空气阻力的火箭飞行高度

5.1 用matlab 求解的思路

我们用数值解法。数值解法的思路是：选定自变量t 区间中的一部分，并将其离散，得到多个离散点，根据前一离散点的资料，推得后一点的值，这就是所谓的单步方法。当所得的函数值精度满足需要时，便成为有效数据，从而可以较精确的完成运动分析过程。但是由于离散点众多，人工计算显然不现实，此时我们想到了数值计算软件MATLAB 中已有的解微分方程的函数——ode45()，通过编写MATLAB 程序可以快速计算出各点数值解。同时MATLAB 还具有强大的的绘图功能，我们可作出y-t 图像，从而获得各个时刻的火箭飞行高度。具体办法可取火箭喷射飞行时间段01s -,将该时间段离散，取步长

0.01h s =，共得到101个时刻，通过数值解法可得到每个时刻的y

值，通过MATLAB 还可直观绘出每一时刻的y 值。这样我们就得到了

火箭的飞行高度与时间的关系。

5.2 MATLAB 程序及y-t 图像

5.2.1 无阻尼时的MATLAB 程序及y-t 图像

MATLAB 程序：

t=0:0.01:1;

u=2*0.001/(16*pi*0.000001); m0=3;

m1=m0-2*t; g=9.8;

y=u.*log(m0./(m0-2*t)).*t-0.5.*9.8.*t.*t; plot(t,y) grid

xlabel('时间t'); ylabel('高度y');

title('无阻尼时，飞行高度与时间的关系')

y-t 图像：

00.10.20.30.4

0.50.60.70.80.91

510152025

3035

40时间t

高度y

无阻尼时，飞行高度与时间的关系

5.2.2 有阻尼时的MATLAB 程序及y-t 图像

我们先求0.01t s =时刻的数据：

因火箭的排除率为0''2m m t =-，0.01' 2.98m kg =、

40/u m s =，易知0.01

0.27/v

m s =。这样我们连同其他数据可编入

程序。

function f=naeg1(t,x)

u=2*0.001/(16*pi*0.000001); m0=3;

m1=m0-2*t; g=9.8;

k=0.5*0.075*1.293*16*pi*0.000001; f(1)=2*u./m1+9.8+k*x(1)^2 f(2)=x(1)； f=f(:)； 执行：

[t,x]=ode45(@naeg1,[0 1],[0.27,0]) plot(t,x(:,2)) grid

xlabel('时间t'); ylabel('高度y');

title('有阻尼时，飞行高度与时间的关系')

y-t 图像：

0.10.20.30.4

0.50.60.70.80.91

051015

20

25

时间t

高度y

有阻尼时，飞行高度与时间的关系

6 误差分析与结论总结

6.1 误差分析

由y-t 图像可知火箭的飞行高度在23m 左右，而我们的实际试验也是在20m 左右（见附录中火箭发射视频），但这里包括火箭在把水喷射完后靠惯性飞行的距离，我们的理论值只是火箭在喷射完水那一刻的火箭高度。但由于火箭空重质量较小，空气阻力较大，火箭因惯性上升的高度不会太大。当然这里还包括箭体内部气压变化对高度的影响与箭体和发射架之间的摩擦力的影响以及MATLAB 程序中微分时间的长短带来的误差。

综上，我们可以认为我们的理论值和实际发射高度的偏差在误差允许范围之内。

6.2 结论

从图像我们可以看出曲线的的斜率是不断增大的，这也印证了火箭的速度是不断增大的；同时我们仔细对比两个图形可以发现在t 接近1s 时有阻尼的曲线斜率增加的相比较无阻尼的曲线斜率要稍微缓慢些，这也说明了空气阻力在急剧增大（与速度的二次方成正比），从侧面验证了我们的理论分析的正确性与空气阻力系数测试的较准确性。

至此我们可以得出：水火箭在不考虑射速随气压的变化而变化时飞行高度的微分方程为：

2

1

2

'''d v

dm m u m g c S v

dt dt ρ=++

6.3 论题展望

我们在此基础上还可继续深入探索，即考虑火箭箭体内部气压变化对高度的影响，以及以水火箭为模型继续探究在考虑随着高度的变化导致重力加速度变化从而影响飞行高度的情况。若再考虑随着高度的增加空气密度的变化等因素，那么就可以和航天工程衔接了。

7 附录

图像及视频资料

致谢

在决定探究课题到完成论文写作实际时间不足40天，同时作者知识水平有限，能在这么短的时间里能完成论文得益于刘进庆、褚春超等人的无私帮助，笔者在这里再次表示万分感谢！

8参考文献

1.东南大学等七所工科学校物理学北京高等教育出版社，2008

2.罗建军主编，杨琦副主编MATLAB教程北京电子出版社，2005.7

3.张铁，阎家斌主编数值分析（第二版）北京冶金工业出版社

2007.3

4.（美）Gerald Recktenwald 著伍卫国万群张辉等译。数值方

法和MATLAB实现与应用。北京机械工业出版社，2004.9

5. 同济大学应用数学系编高等数学（第五版）北京高等教育出版社，2008

火箭飞行原理

火箭飞行原理 火箭是自带燃料和氧化剂的星际运载工具。星际飞船、导弹均以火箭为动力。为什么要用火箭作为人造卫星或其它人造天体的运载工具？第一，火箭自备燃料和氧化剂，在没有空气的地方也能飞行；第二，根据火箭的特点，它的推力和大气压强有关，大气压低，气体在喷口处受到的阻力小，向后喷出的气体速度较大，从而使火箭得到较大的向前的动量，即推力要大些，因高空的大气压低，火箭发动机在高空得到的推力比在地面上大，所以，火箭发动机最适合星际航行。 火箭运行过程中，燃料在火箭内爆炸性燃烧，产生大量气体粒子，气体向火箭运动相反方向高速喷出，由于反冲，火箭必获得向前的动量。燃料不断燃烧，连续地向后喷出气体，火箭不断地受到向前的推力的作用，从而得到很大的速度。火箭飞行的基本原理就是动量守恒定律。 设火箭在外层空间飞行，空气的阻力和重力的影响忽略不计。因为火箭是变质量系统（火箭不断喷出气体，燃料和氧化剂质量不断减少，气体质量增加，如把气体，火箭体看做一个整体，其质量是守恒的，但在不断转化），不同时刻的喷气相对地的速度不同，所以不能从过程的始末状态来考虑，只能从dt t t +→的元过程来分析。如图所示设t 时刻火箭的质量为m '，速度为v 。dt 时间内，火箭喷出质量为dm 的气体，其喷出速度相对火箭为u ，在dt t +时刻，火箭体的质量为dm m -'，火箭体的速度增为v v d +，由动量守恒定律得： )())((u v v v v v ++++-'='d dm d dm m m 展开等式得： 0=+'dm d m u v 我们关心的是火箭体最终达到的速度，以火箭体为研究对象，考虑到火箭体质量的减少等于气体质量的增加，即 m d dm '-= 代入上式，分离变量得 u v m m d d ' '= 设开始发射时，火箭质量为0 m '，初速度为零，燃料烧完后火箭质量为m '，达到的速度为v ，对上式积分，则有 ? ? ' '' '= m m m m d d 0 u v v 由此得

水火箭原理与制作

同济大学科技节系列活动之第一届趣味科技竞赛——水火箭制作与发射 共青团同济大学委员会 大学生科技服务中心

一竞赛模型 图1 简易模型实物照片 二模型介绍 水火箭包括火箭体和降落伞两部分： 火箭体：主要包括火箭头舱、连接（伞）舱、动力舱、尾翼四个部分组成 降落伞：由尼龙薄膜制作而成 三材料说明 自备材料：3个1.25L 或1.5L的碳酸类饮料瓶（考虑到材料报废的问题，瓶子可适量多准备）、美化装饰材料等创意材料 主办方提供材料：专业喷嘴，尼龙薄膜（降落伞布），卡纸（尾翼），5mmKT板（可做伞仓连接件），双面胶带，502胶水，尼龙线，透明胶带等 主办方提供制作工具：美工刀，剪刀，尺等 四简要制作方法（建议方法，参赛组也可按照自己的方法进行制作） 1 火箭头舱 适量截去饮料瓶的顶部作为火箭头；按照附图1做出接口，准备与伞舱连接。

图2 火箭头舱及水火箭 2 连接（伞）舱 适量截取另一个饮料瓶的中间部分作为伞舱；以用于连接火箭头舱和动力（尾）舱，并放置降落伞。（提示：注意火箭头仓与连接（伞）仓的连接） 图3连接（伞）舱与尾翼 3 动力舱 由一个完整的1.25L或1.5L的碳酸类饮料瓶与专业喷嘴组成，喷嘴与普通瓶盖一样拧在瓶口即可。

图4 喷嘴与普通瓶盖对比 4 尾翼 参赛组自行设计。 6 降落伞 将尼龙薄膜剪成圆形，以圆心为中心在边缘选择若干对称点，用透明胶把棉线固定在选好的对称点上，棉线选择适当长度一起打结即可完成。 7 部件组合 （1）将尾翼黏在动力舱上。 （2）将伞舱套在动力舱底部粘牢。 （3）将火箭头套在伞舱上，并在火箭头上穿两根线，一根与伞舱相连，另一根与降落伞相连，以使火箭头在高空脱落时拉出降落伞。（至于降落伞具体如何打开请参赛者自行设计） 五发射方法 在动力舱内加入一定量的水，然后安装到发射架，用打气筒充气，然后按下发射架上的开关，水火箭通过动力舱内的气压将水喷出而获得向上的动力而飞出。（提示：具体发射过程在比赛现场将会有工作人员指导，动力舱的盛水量及气压直接影响发射后的滞空时间，参 赛小组需谨慎对待）

远程火箭飞行轨迹设计

实验一 远程火箭飞行轨迹设计 姓名： 学号： 班级： 学院： 日期：

目录 一、实验目的（5分） (1) 二、实验原理（10分） (1) 2.1基本原理 (1) 2.2坐标系定义 (1) 2.3受力分析 (2) 2.4六自由度空间运动方程模型 (4) 三、实验系统（10分） (6) 3.1计算机系统 (6) 3.2实验对象 (7) 四、实验方法（40分） (7) 4.1 制导设计 (7) 4.2简化为三自由度弹道仿真模型 (8) 4.3程序设计 (9) 4.3.1 符号定义 (9) 4.3.2 函数表 (10) 4.3.3 程序框图 (10) 4.3.4 程序代码 (10) 五、实验过程（30分） (14) 5.1实验步骤 (14) 5.2实验结果分析 (14) 六、总结（5分） (17) 6.1 实验中的缺陷 (17) 6.2 心得体会 (17)

实验一 远程火箭飞行轨迹设计实验 一、 实验目的（5分） 通过建立远程火箭空间运动方程和完成计算机仿真，掌握远程火箭主动段受力分析、飞行动力学建模分析、飞行特性分析和数值求解方法。 二、 实验原理（10分） 2.1基本原理 ? 2.1.1变质量质点系运动力学原理 当组成物体为变质量质点系时，其中除有一些指点随物体作牵连运动外物体内部还有相对运动，这对物体的运动是有影响的。要研究连续质点系的运动方程，则将物体考虑成是无数个具有无穷小质量的质点组成的系统。这种情况下有： { F s =∫d 2 r dt 2 dm M s =∫r ×d 2r dt 2dm 上式积分可得： 连续质点系的质心运动方程 m d 2r c.m dt =F s +F ′k +F ′rel 连续质点系的转动方程 I ?dωT dt +ωT ×(I ?ωT )=M c.m +M ′k +M ′rel ? 2.1.2刚化原理 在一般情况下，任意一个变质量系统在t 瞬时的质心运动方程和绕质心转动方程，能用如下这样一个刚体的相应方程来表示，这个刚体的质量等于系统在t 瞬时的质量，而它受的力除了真实的外力和力矩外，还要加两个附加力和附加力矩，即附加哥氏力、附加相对力和附加哥氏力矩、附加相对力矩。 ? 2.1.3瞬时平衡假设 火箭绕质心转动方程是反映火箭飞行过程中的力矩平衡过程。对于姿态稳定的火箭，这一动态过程进行得很快，以至于对火箭质心运动不产生什么影响。因此在研究火箭质心运动时，可不考虑动态过程，即将绕质心运动方程中与姿态角速度和角加速度有关项予以忽略（认为姿态控制系统理想工作）。 2.2坐标系定义 地心坐标系O E X E Y E Z E ：该坐标系的原点在地心O E 处。O E X E 轴在赤道平面内指向某时刻t 0的起始子午线（通常取格林尼治天文台所在子午线），O E Z E 轴垂直于赤道平面指向北极。O E X E Y E Z E 组成右手直角坐标系。由于坐标轴O E X E 与所指向的子午线随地球一起转动，因此这个坐标系为一动参考系。

水火箭的制作实验分析报告

水火箭的制作实验分析 报告 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】

水火箭的制作实验报告 一、实验启发： 多动手，多动脑，善于发现生活中的点点滴滴，生活变得更美好。通过和朋友们的协作，经过艰辛的努力终于完成了水火箭的制作。 二、实验原理 水火箭：用塞子塞紧的雪碧瓶，形成一个封闭的空间．把气体打入密闭的容器内，使得容器内空气的气压增大，当超过橡皮塞与瓶口接合的最大程度时，瓶口与橡皮塞自由脱离，箭内水向后喷出，获得反作用力射出，从而是火箭的箭身升空。 三、实验材料 1、雪碧瓶：5个，用来制作箭身和其他部位。 2、刻度尺一把，用来量取裁切泡沫和纸板 3、胶带、双面胶（要耐用一点的） 4、双面胶：制作箭翼及固定箭翼用。 5、记号笔:画线用。 6、大剪刀、纸板、 7、一次性餐桌布 8、风筝线 注意事项： 1、各个连接件要牢固。 2、用一次性餐桌布做降落伞使其容易脱出来 3、伞线不宜太长，并有一定弹性。 4、要有尾翼，有导向的发射架。 5、选择合适大小和硬度的瓶塞，使上升的作用力更大。 6、平衡翼不太大和太小的起不了平衡作用 四、实验过程： 1、取出其中一个雪碧瓶，剪取圆滑的一段。 2、将第二个雪碧瓶倒过来．将截取段分别连在瓶底和瓶口处，用胶布连牢。 3、去两段截取段按图压平，剪出平衡翼，平衡翼的数量为3个 4、翻开尾翼里面贴上双面胶带粘贴住，并再贴一张有双面胶的白纸 5、贴牢后，沿短边、斜边用防水贴布再贴圈。 6、将梯形底边一公分处，往外折起90° 7、再将四片尾翼平均粘贴于瓶上 8、火箭头直接由雪碧瓶的上半部分做成 9、制作的箭头必须能够在水火箭发射上升时不脱落，一旦有降落时与箭体自动分离。 10、如果用风筝线做伞绳，只能用胶布粘连。 组装完成水火箭的制作。 五、发射过程 1、先灌水量水，不要淋湿伞和箭。

物理学原理应用之水火箭

物理学原理应用之水火箭 设施102 武长飞1040440231 水火箭概述 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。 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。 原理 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。火箭中

的气体释放压力，作用在水上，水在瞬间喷出，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，是经典力学非常典型的应用。 火箭的优化 ●火箭中水和空气的比例要适当； ●发射时火箭要与地面有一定的夹角，最好是45度(原理见后面)； ●由于惯性与质量有关，在保证其他条件的前提下，尽量增加火箭的质量,这样还可以减小飞行中的阻力； ●火箭头要做成尖的，同时火箭身要做成流线型，这样不但能减小空气阻力，还能提高火箭的稳定性； ●除了上述条件外，火箭还要有发射架和尾翼,这样可以控制飞行轨迹,提高稳定性;

水火箭的飞行原理

一、水火箭的飛行原理 水火箭的飛行原理與一般能發射人造衛星，使之環繞地球旋轉的火箭，和飛離地球前往月球所使用的火箭，以及為了探測火星、金星的狀況而發射載有觀測儀的火箭是一樣的，只是動力不同而已。 現在，就讓我們來看看有關火箭的飛行原理和構造吧! 1.火箭的飛行原理： （作用力與反作用力定力也就是牛頓第三運 動定律） 子彈發射時，槍會向後座彈，這是因為子彈 發射出去產生的力，反作用於槍的本身，使槍 往後座彈的緣故。 如果將機槍裝載在平台車上，連續擊發子 彈，平台車就會往後移動。 這個時候的槍可以比作火箭引擎，子彈可比 作燃料燃燒所得的氣體，平台車則可比作火箭; 也就是說火箭飛行和槍擊發子彈的原理相同。 火箭的內部和周圍的壓力差變成它的推 力，也就是由引擎內燃料燃燒所生成的高壓氣 體，經由噴嘴加速噴出。這可以用一般氣球舉 例來加以說明。 如右下圖所示，當氣球一經吹脹，球內的壓 力較它外面周圍的壓力高。然而，這時的氣球 僅僅不過吹脹而已，它輕飄飄的，尚無法飛 起。 這時打開氣球的吹氣口。內部的高壓空氣-- 下子就放出，產生一股衝力，使得氣球會向敬 氣的反方向飛射出去。 而火箭就是運用氣球飛射的原理持續飛 行，它的引擎被設計為盡可能長時間地製造出 高壓氣噴出高壓氣體，通過噴嘴放出去 ，使它

能飛得更高更遠。 為了盡可能長時間產生高壓氣體，火箭就必須 儲存大量的燃料。 因此，當火箭和其他交通工其所儲存的燃料 重量比例作一比較時，即可發現汽車、柴油車 等所儲存的燃料並不多，但飛機、火箭等就儲 存了相當多的燃料;而火箭所儲存的燃料接近 其總重量的90%，所以可以說它的內部構造 大部分是儲存燃料的容器。 水火箭的飛行原 理與上面所說的一 樣，只是其動力來源 是打氣筒打入的高 壓氣體將內部的水 快速噴出產生的。接 著來介紹水火箭的 發射程序運用原理。 二、水火箭發射程序與運用原理： 1﹑加水→依據動量守恆(牛頓第三運動定律)，可增加反作用力。 因為保特瓶容納的空氣有限，在噴氣嘴打開的瞬間，空氣一下就衝出來了，以致水火箭所獲得的動量變化小(或反作用力小)，飛行的速度及距離就小。而加入水後，壓縮空氣將水向外推，當水流高速向外衝出時，水火箭所獲得的動量變化就很大(反作用力增加)，也就能推動水火箭向上升空。 2﹑打氣→增加壓力艙內的氣壓，以便快速將水排出。 單位面積中所受空氣的作用力稱為壓力。P＝F/A ；P：壓力F：作用力 A：面積 故壓力愈大，所產生的作用力也愈大，反作用力也愈大。 3﹑發射→作用力與反作用力(牛頓第三運動定律) 牛頓第三運動定律：如果以一力推（拉）一物體時，該物體會以相等大小的力推（拉）施力者。 1.灌得飽飽兒的氣球，裡頭充滿了空氣。 2.把吹氣口鬆開，空氣就會從吹氣口咻咻咻的跑出來。

水火箭发射原理

发射原理 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、降落伞。灌入三分之一的水，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,在空中打开降落伞徐徐降落的火箭模型。 用橡皮塞紧的可乐瓶，形成一个密闭的空间．把气体打入密闭的容器内，使得容器内空气的气压增大，当超过橡皮塞与瓶口接合的最大程度时，瓶口与橡皮塞自由脱离，箭内水向后喷出，获得反作用力射出．水火箭和火箭最大的不同，在於其推进的媒介由高温空气变成水而已。在发射水火箭前会灌入空气达一定压力，由於高压会自然向低压流去，故在喷嘴被打开时，空气自然向喷嘴流去，但由于水挡在前方，故水会被空气推出火箭，而火箭也藉此获得向前的速度。 水火箭的制作 1.材料准备： 3~6个的可乐瓶、剪刀、单面刀片、木塞、球类气针、圆珠笔芯、订书机、双面胶、彩色装饰纸．桌布等轻便不透风的材质 2.制作过程： 1机翼制作。用剪刀将X光片裁成大小相同的直角梯形28块，梯形长12cm，高6cm，斜腰和长底夹角约45度。另裁4个同上规格但高为8cm，短底相连接两面重叠的梯形（用作机翼的表面）。用双面胶将7小块梯形紧密粘成一个厚的梯形，使之平直平坦，然后用一个大的双面梯形将其紧密包住并粘紧。为使机翼的厚面平整，可用剪刀或小刀修平修直，然后将机翼的厚面用绝缘胶封住。最后，将机翼两边长出的部分向外折成90度。这样，按上述方法将其余的X光片做成三个机翼。 2 机身制作。取一个健力宝瓶（瓶头弧线过度比较自然，作火箭头利于减小空气阻力）在离下端11cm处将其横截剪开,用绝缘胶将带瓶口的部分粘紧在另一个瓶子的底部，用绝缘胶在接口处多缠绕几圈以牢固。 3 气塞制作。取一个4号的软胶塞，用开洞工具在胶塞的底部正中处开一个比气门芯套筒稍小一点的平直洞，然后用小刀横切去细端约；将气门芯套筒上一个面积较大的“戒指”（五金店有卖），从软胶塞的细端往上把气门芯装好，套上一个同样的“戒指”，拧上螺丝，稍微紧就可以。最后将气塞用磨刀石磨成圆柱体，达到刚好能够完全进入可乐瓶口或稍紧一点，装上气门芯即可使用。 4 炮头制作。取一个3号软胶塞用小刀将其削尖且圆滑。 5 组装机翼。取一个健力宝瓶剪一个长比机翼长稍长的两面相通的圆柱体，然后用透明胶和绝缘胶将4个机翼4等分紧密粘好。最后，将粘好机翼的圆柱体套在水火箭的底部使其与瓶口相平（这不一定是最佳位置，可在飞行实践中上下调节寻找确定），用绝缘胶缠绕粘紧。 6 其他。为增大气塞和瓶口的接触面以增大瓶内气压，可用小刀将气塞大端削细一点并使之圆平粗糙。由于机身增长了一节做火箭头，火箭头部分较轻不平衡，可适当往里面塞纸以达到平衡。为尽可能减小空气阻力，将用软胶塞做成的炮头用502胶水在火箭头瓶口粘好。

小学综合实践水火箭制作与研究教案设计

小学综合实践水火箭制作与研究教案设计 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

《飞向太空》教案 【课题、课时】《飞向太空》（1 课时） 【教材分析】 1．课程标准对本节的要求：理解人类航天的主要成就和探索精神。 2．教材的地位和作用：本节内容是在学习牛顿三大运动定律和万有引力定律的知识后编排的，学生已经从万有引力定律的推导和应用中，领会了理论对实践的重大指导作用，使学生认识到神话传说“嫦娥奔月”在我们生活的时代已经可以成为现实，这个时候很需要让学生了解人类在航天领域的开拓精神和取得的伟大成就，因此学习这部分知识有着广泛的现实意义。 3．教材的编写思路：本节从近地卫星拍摄的地球照片、地球在太阳系中的位置到太阳系在银河系中的位置图片，由近及远的展示人类探索宇宙的历程，使学生认识到想冲出地球、飞向太空，需要火箭来提供巨大的速度；人类进入太空中将面临失重的环境，那么如何在失重的环境中生存和工作立即摆在了人类面前；在深空探测中，人类取得了哪些成就，激发学生热爱太空、热爱科学、具有社会责任感的精神。 4．教材的特点：第一，重视火箭升空原理与日常生活的联系；第二，注意从实验观察的现象引入课题；第三，重视情感、态度和价值观的教育；第四，通过互联网搜索重视自主合作学习和独立思考能力的培养；第五、体现课程内容的时代性。 5．教材处理:（1）对于火箭升空的原理，从充气气球飞出、古代起火的发射、水火箭的制作，让学生认识到反冲运动发挥的作用；（2）对火箭的结构和火箭发射的过程采用我国长征系列火箭及“神州六号”的发射进行教学，增强知

水火箭制作流程

材料准备 2~6个2.25L的可乐瓶、剪刀、单面刀片、木塞、球类气针、圆珠笔芯、订书机、双面胶、彩色装饰纸．桌布等轻便不透风的材质 制作过程 1.增压塞制作：用小刀切下橡皮塞较粗的一端，切口直径为 2.3cm，穿过小孔装上气门芯、胶管、和螺帽，将橡皮塞用力塞进瓶口内，其露在瓶口外的部分不超过约2mm；用剪刀在饮料瓶盖中间挖一个直径约12mm的孔，以便使旋紧瓶盖时仅让气门芯露在外面。 2.侧翼的制作：用硬纸片剪下侧翼四个，为了使火箭飞行时有较好的稳定性，侧翼必须有较高的硬度，如果纸片片硬度不够，可将两片或三片粘叠在一起制作，剪好侧翼后，将“粘贴爪”交替地折回两侧，用透明胶带对称地粘贴在火箭的下部侧面。 3.取出其中一个可乐瓶，大约以1/3的间距切成三等份．如图2,留下瓶口及中段部分，将第二个可乐瓶倒过来．如图3,将第一个的瓶口盖在第二个可乐瓶的瓶底，再将第一个的中段瓶身盖在第二个可乐瓶的瓶口．盖上后，用双面胶粘紧．再找出一个硬纸板，剪出平衡翼，平衡翼的数量为4个.太大的平衡翼很重，太小的起不了平衡作用． 4.制作降落伞，将一张正方型的桌布对边折，再对边折，以中点为心，对折2次，用剪子剪下多余部分，使它成圆形，贴好线。1 准备材料。三四个2.5升的健力宝瓶或可乐瓶，若干X光片，几个化学器材用的3号和4号软胶塞，一整套单车气门心，剪刀、小刀各一把，透明胶、双面胶和绝缘胶布，502胶水一支。 5.(1)机翼制作。用剪刀将X光片裁成大小相同的直角梯形28块，梯形长12cm，高6cm，斜腰和长底夹角约45度。另裁4个同上规格但高为8cm，短底相连接两面重叠的梯形（用作机翼的表面）。用双面胶将7小块梯形紧密粘成一个厚的梯形，使之平直平坦，然后用一个大的双面梯形将其紧密包住并粘紧。为使机翼的厚面平整，可用剪刀或小刀修平修直，然后将机翼的厚面用绝缘胶封住。最后，将机翼两边长出的部分向外折成90度。这样，按上述方法将其余的X光片做成三个机。(2) 机身制作。取一个健力宝瓶（瓶头弧线过度比较自然，作火箭头利于减小空气阻力）在离下端11cm处将其横截剪开,用绝缘胶将带瓶口的部分粘紧在另一个瓶子的底部，用绝缘胶在接口处多缠绕几圈以牢固。(3) 气塞制作。取一个4号的软胶塞，用开洞工具在胶塞的底部正中处开一个比气门芯套筒稍小一点的平直洞，然后用小刀横切去细端约0.6cm；将气门芯套筒上一个面积较大的“戒指”（五金店有卖），从软胶塞的细端往上把气门芯装好，套上一个同样的“戒指”，拧上螺丝，稍微紧就可以。最后将气塞用磨刀石磨成圆柱体，达到刚好能够完全进入可乐瓶口或稍紧一点，装上气门芯即可使用。(4) 炮头制作。取一个3号软胶塞用小刀将其削尖且圆滑。(5) 组装机翼。取一个健力宝瓶剪一个长比机翼长稍长的两面相通的圆柱体，然后用透明胶和绝缘胶将4个机翼4等分紧密粘好。最后，将粘好机翼的圆柱体套在水火箭的底部使其与瓶口相平（这不一定是最佳位置，可在飞行实践中上下调节寻找确定），用绝缘胶缠绕粘紧。(6) 其他。为增大气塞和瓶口的接触面以增大瓶内气压，可用小刀将气塞大端削细一点并使之圆平粗糙。由于机身增长了一节做火箭头，火箭头部分较轻不平衡，可适当往里面塞纸以达到平衡。为尽可能减小空气阻力，将用软胶塞做成的炮头用502胶水在火箭头瓶口粘好。按以上方法一个简单的水火箭便制作完成。根据我们研制的水火箭，通过实践的改进，水平方向飞行可达160米左右，竖直方向飞行可达40~50米。 水火箭发射方法：1. 水量调控。水火箭用水量和火箭容气空间有一定的比例，不能太多也不能太少，最佳用水量约为火箭容气空间的1/4到2/5之间（2.5升的空间大约装600毫升左右，可多试验几次寻找确定）。

火箭飞行原理与应用

火箭的发射原理与应用 0906020226 通信2班钟凯【摘要】航空和航天是当今人类认识和改造自然过程中最活跃，最有影响力，也最有发展前途的科学和技术领域，是人类文明高度发展的重要标志，也是衡量一个国家科学和技术水平，以及综合实力的重要标志。我们将通过这篇文章的探讨，从火箭的原理结构分析火箭的发射原理，并研究其在国民生产当中的主要应用。 【关键词】火箭发射原理火箭应用 【正文】 一航空航天技术的概论 航空是指载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行活动。航空活动的范围主要限于离地面30公里的大气层内。在大气层中航行的飞行器（航空器），只要克服自身的重力就能升空。航空离不开地球的大气圈，也摆脱不了地球的引力作用。 航天是指载人或不载人的飞行器在太空的航行活动，也叫做空间飞行或宇宙航行。航天包括：环绕地球的运行、飞往月球或其它星球的航行、行星际空间的航行及飞出太阳系的航行。可见，航天活动的范围要比航空活动的范围大得多。 二火箭的结构与主要部件 火箭是一种依靠火箭发动机喷射工作介质产生的反作用力推动前进的飞行器。火箭的飞行原理是它借助了物体的反作用力，就像一只充足气体的气球，当我们把它从手中放开后，气球内的气体便顺着气球的气嘴喷出，同时气球向前冲去。因自身携带氧化剂，用不着像飞机那样依靠大气中的氧，所以火箭可以飞出大气层，在真空条件下飞行。 运载火箭是将人造卫星、宇宙飞船、空间站和宇宙探测器等航天器送入太空的运载工具，是人类一切航天活动的基础。它主要包括三大系统：动力系统、结构系统和控制系统。动力系统即火箭发动机系统，是火箭的动力装置，堪称火箭的心脏。它依靠推进剂在燃烧室内燃烧，形成高温高压燃气，通过喷管高速排出后产生反作用力推动火箭前进。火箭发动机按使用推进剂的类别分为液体火箭发动机、固体火箭发动机、固液混合式火箭发动机三种。结构系统通常称为箭体结构，它是火箭的躯体，用于连接火箭所有结构部段，使之成为一整体，具有良好的空气动力外形和飞行性能。控制系统是火箭的大脑和神经中枢。火箭发射后的级

水火箭的制作实验报告

水火箭的制作实验报告 一、实验启发： 多动手，多动脑，善于发现生活中的点点滴滴，生活变得更美好。通过和朋友们的协 作，经过艰辛的努力终于完成了水火箭的制作。 二、实验原理 水火箭：用塞子塞紧的雪碧瓶，形成一个封闭的空间?把气体打入密闭的容器内，使得容器内空气的气压增大，当超过橡皮塞与瓶口接合的最大程度时，瓶口与橡皮塞自由脱离，箭内水向后喷出，获得反作用力射出，从而是火箭的箭身升空。 三、实验材料 1雪碧瓶：5个，用来制作箭身和其他部位。 2、刻度尺一把，用来量取裁切泡沫和纸板 3、胶带、双面胶（要耐用一点的） 4、双面胶：制作箭翼及固定箭翼用。 5、记号笔：画线用。 6、大剪刀、纸板、 7、一次性餐桌布 8、风筝线 注意事项： 1各个连接件要牢固。 2、用一次性餐桌布做降落伞使其容易脱出来 3、伞线不宜太长，并有一定弹性。 4、要有尾翼，有导向的发射架。 5、选择合适大小和硬度的瓶塞，使上升的作用力更大。 6、平衡翼不太大和太小的起不了平衡作用 四、实验过程： 1取出其中一个雪碧瓶，剪取圆滑的一段。 2、将第二个雪碧瓶倒过来?将截取段分别连在瓶底和瓶口处，用胶布连牢。 3、去两段截取段按图压平，剪出平衡翼，平衡翼的数量为3个 4、翻开尾翼里面贴上双面胶带粘贴住，并再贴一张有双面胶的白纸 5、贴牢后，沿短边、斜边用防水贴布再贴圈。 6、将梯形底边一公分处，往外折起90° 7、再将四片尾翼平均粘贴于瓶上 8、火箭头直接由雪碧瓶的上半部分做成 9、制作的箭头必须能够在水火箭发射上升时不脱落，一旦有降落时与箭体自动分离。 10、如果用风筝线做伞绳，只能用胶布粘连。 组装完成水火箭的制作。 五、发射过程 1先灌水量水，不要淋湿伞和箭。

水火箭的制作与发射实践活动

水火箭的制作与发射实践活动 一、水火箭简介： 水火箭又称气压式喷水火箭、水气推进火箭。是利用废弃的碳酸饮料瓶制作成动力舱、箭体、箭头、尾翼的火箭。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，利用高压打气筒充入空气到达一定的压力后橡皮塞爆发，瓶内水和气迅速喷出，在反作用下发射升空，推动箭体冲向空中。 活动具有以下特点： 1、材料易得，废物利用； 2、制作简单，发射简便，任何中、小学（高年级）学生均可操作； 3、趣味性强，一般可发射十几米高或数十米远； 4、安全性好，寓教于乐，蕴含一定的创造性和趣味性； 二、活动目标： 1、使学生初步了解火箭发射的有关科学知识，懂得水火箭的原理，了解火箭发射的历史； 2、通过水火箭制作与发射实践活动，让学生体验整个设计制作过程，培养学生的团队合作，科学探究意识及认真细致、敢于创新、一丝不苟的科学态度，培养学生热爱科学、热爱航天的兴趣，激励他们以科技创新报国的精神。 3、为了提高火箭发射高度，让学生学分析优化设计方案，提高试验效果的科学工作方法，逐步提高学生的创造能力； 4、提高同学们的动手、动脑能力和培养积极探索、勇于创新的精神。 三、活动准备： 1、教师准备： ①一个完整的水火箭模型。

②带气门嘴、气门芯的橡皮塞，课前由教师制作。方法是：在橡皮塞的正中心，用手电钻按自行车门嘴的筒管的直径大小，钻一个小孔，把气门嘴固定在橡皮塞上。 ③观看视频资料，了解有关火箭发射的历史资料，了解火箭发射的原理（可以是网上查找），由校园小记者负责整理和汇报收集到的资料。 ④让高年级（五六年级）小记者去尝试制作、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。 ⑤时间安排：2课时（2013年上期第七周和第八周文体活动时间）。 2、场地： 制作水火箭——电脑室培训，科技活动室、教室或家里制作； 发射场地——学校操场或宽阔地带。 3、器材： 发射架可乐瓶透明胶带 剪刀带气门嘴、气门芯的橡皮塞 高压打气筒自来水及水桶 4、制作方法： 1．取一个可乐瓶，去掉底部的一部分，留下上半锥体部分备用； 2．再取一个可乐瓶，将备用的锥体套在其底部，用胶布粘牢； 3．裁剪一张质地较硬的纸，制成圆锥体，套在备用的圆锥体瓶上，用胶布粘牢；取两个可乐瓶，截取它们的中部，将它们压平后剪出尾翼的形状，将尾翼与瓶体粘牢，安装要对称、牢固； 4．用手电钻在橡皮塞正中钻一个洞，刚好将气门嘴装进去；对组装好的水火箭进行调试后，装进适量的水，塞上橡皮塞，打气直到发射。 四、活动过程： 1、以神舟九号升天视频资料导入教学，导出设计活动课题。

火箭技术推动了人类航天发展的历史

世界航空航天发展史 一、火箭技术推动了人类航天发展的历史。 传说在14世纪末，中国有个学者万户在坐椅背后安装47支当时最大的火箭，两手各持大风筝，试图借助火箭的推力和风筝的升力升空。但是一声爆炸之后，只见烟雾弥漫，碎片纷飞，人也找不见了。为纪念这位世界上第一个试验火箭飞行的勇士，月球表面东方海附近的一个环形山以万户命名。而在曾在印度作战的英国人康格雷对印度火箭作了改进。他确定了黑火药的多种配方，改善了制造方法并使火箭系列化，射程达3公里。这些初期火箭的原理成了近代火箭技术的基础。 19世纪末20世纪初，随着科学技术的进步，近代火箭技术和航天飞行发展起来，先驱者的代表人物有前苏联的齐奥尔科夫斯基，美国人戈达德和德国奥伯特。戈达德博士他在1919年的论文中提出了火箭飞行的数学原理，指出火箭必须具有7.9km/s的速度才能克服地球的引力。而齐奥尔科夫斯基他首先提出了使用液体推进剂火箭的倡议。奥伯特教授在他1923年出版的书中不仅确立了火箭在宇宙空间真空中工作的基本原理，而且还说明火箭只要能产生足够的推力，便能绕地球轨道飞行。 真正的近代火箭的出现是在第二次世界大战时的法西斯德国。早在1932年德国就发射A2火箭，飞行高度达3公里。把航天先驱者的理论变成现实，是现代火箭技术发展史的重要一页。 前苏联1957年8月，成功发射两级液体洲际导弹，于1957年10月4日，发射成功世界上第一颗人造地球卫人造地球卫星1号"，从而揭开了现代火箭技术新的一页。 二、卫星时代 人造地球卫星的计划设想早在1945年就在美国出现，美海军航空局已着手研究一种把科学仪器送入太空的卫星，随着现代科学技术和一系列大功率运载火箭的发展，为人造地球卫星的研制和发射打下了坚实的基础。 1957年10月4日，前苏联用"卫星"号运载火箭把世界上第一颗人造地球卫星送入太空，同年11月3日，前苏联发射了第二颗卫星，这是一颗生物卫星，除了利用小狗"莱伊卡"作生物试验外，还有于探测太阳紫外线，X射线和宇宙线。但它却是世界第一个人造天体，把人类几千年的梦想变成现实，为人类开创了航天新纪元。 三、空间探测 空间探测的主要目的是：了解太阳系的起源、演变和现状；通过对太阳系内的各主要行星及其卫星的比较研究进一步认识地球环境的形成和演变；了解太阳系的变化历史；探索生命的起源和演变。空间探测器实现了对月球和行星的逼近观测和直接取样探测，开创了人类探索太阳系内天体的新阶段。而月球探测：月球是地球的唯一的天然卫星，自然成为空间探测的第一个目标。 1999年7月31日，为了确证月球上到底有没有冰，美国"月球"勘探者号进行了飞行器撞击月球实验。在航天活动中占有重要位置。

水火箭的制作实验报告

水火箭的制作实验报告 广东实验中学刘天昀邝达君 一、实验原理 水火箭：用塞子塞紧的雪碧瓶，形成一个封闭的空间．把气体打入密闭的容器内，使得容器内空气的气压增大，当超过橡皮塞与瓶口接合的最大程度时，瓶口与橡皮塞自由脱离，箭内水向后喷出，获得反作用力射出，从而使火箭的箭身升空。 二、实验材料 1、雪碧瓶：5个，用来制作箭身和其他部位。 2、刻度尺一把，用来量取裁切泡沫和纸板 3、胶带、双面胶（要耐用一点的） 4、双面胶：制作箭翼及固定箭翼用。 5、记号笔: 画线用。 6、大剪刀、纸板、 7、一次性餐桌布 8、风筝线 注意事项： 1、各个连接件要牢固。 2、用一次性餐桌布做降落伞使其容易脱出来 3、伞线不宜太长，并有一定弹性。 4、要有尾翼，有导向的发射架。 5、选择合适大小和硬度的瓶塞，使上升的作用力更大。 6、平衡翼不太大和太小的起不了平衡作用 三、实验过程： 1、取出其中一个雪碧瓶，剪取圆滑的一段。 2、将第二个雪碧瓶倒过来．将截取段分别连在瓶底和瓶口处，用胶布连牢。 3、去两段截取段按图压平，剪出平衡翼，平衡翼的数量为3个 4、翻开尾翼里面贴上双面胶带粘贴住，并再贴一张有双面胶的白纸 5、贴牢后，沿短边、斜边用防水贴布再贴圈。 6、将梯形底边一公分处，往外折起90° 7、再将四片尾翼平均粘贴于瓶上 8、火箭头直接由雪碧瓶的上半部分做成 9、制作的箭头必须能够在水火箭发射上升时不脱落，一旦有降落时与箭体自动分离。 10、如果用风筝线做伞绳，只能用胶布粘连。 组装完成水火箭的制作。 四、发射过程 1、先灌水量水，不要淋湿伞和箭。 2、塞紧软木塞，软木塞密封一定要好，否则不能提供良好的压力．气针在软木塞中，也要达到密不透水，最好用烧红的针尖穿洞．如果还有漏水情况，可以在气针上加装一个圆珠笔芯，圆珠笔芯的顶端伸出水面，可防止打气时气泡的翻滚和漏水情况，再就是要及时的更换软木塞。塞时往往力气不够不能达到较好的密封性。可以用红酒的开瓶器 3、水火箭放到发射架上，将水火箭扶正。 4、将降落伞放在箭体的顶部，伞线不要缠绕。 五、实验现象

水火箭原理与制作

附录： 南京理工大学 科学与技术协会 活动之 “Water Rocket League Matches” 水火箭比赛

竞赛模型 图1 简易模型实物照片 一模型介绍 水火箭包括火箭体和降落伞两部分： 火箭体：主要包括火箭头舱、连接（伞）舱、动力舱、尾翼四个部分组成 降落伞：由尼龙薄膜制作而成 二材料说明 自备材料：3个1.25L 或1.5L的碳酸类饮料瓶（考虑到材料报废的问题，瓶子可适量多准备）、美化装饰材料等创意材料 主办方提供材料：专业喷嘴，尼龙薄膜（降落伞布），卡纸（尾翼），5mmKT板（可做伞仓连接件），双面胶带，502胶水，尼龙线，透明胶带等 主办方提供制作工具：美工刀，剪刀，尺等 三简要制作方法（建议方法，参赛组也可按照自己的方法进行制作） 1 火箭头舱 适量截去饮料瓶的顶部作为火箭头；按照附图1做出接口，准备与伞舱连接。

图2 火箭头舱及水火箭 2 连接（伞）舱 适量截取另一个饮料瓶的中间部分作为伞舱；以用于连接火箭头舱和动力（尾）舱，并放置降落伞。（提示：注意火箭头仓与连接（伞）仓的连接） 图3连接（伞）舱与尾翼 3 动力舱 由一个完整的1.25L或1.5L的碳酸类饮料瓶与专业喷嘴组成，喷嘴与普通瓶盖一样拧在瓶口即可。

图4 喷嘴与普通瓶盖对比 4 尾翼 参赛组自行设计。 6 降落伞 将尼龙薄膜剪成圆形，以圆心为中心在边缘选择若干对称点，用透明胶把棉线固定在选好的对称点上，棉线选择适当长度一起打结即可完成。 7 部件组合 （1）将尾翼黏在动力舱上。 （2）将伞舱套在动力舱底部粘牢。 （3）将火箭头套在伞舱上，并在火箭头上穿两根线，一根与伞舱相连，另一根与降落伞相连，以使火箭头在高空脱落时拉出降落伞。（至于降落伞具体如何打开请参赛者自行设计） 四发射方法 在动力舱内加入一定量的水，然后安装到发射架，用打气筒充气，然后按下发射架上的开关，水火箭通过动力舱内的气压将水喷出而获得向上的动力而飞出。（提示：具体发射过程在比赛现场将会有工作人员指导，动力舱的盛水量及气压直接影响发射后的滞空时间，参 赛小组需谨慎对待）

制作水火箭研究性学习结题论文

目录 课题名称 关键词 研究的背景及目的 研究的对象及其原理 小组分工及其步骤安排 研究的方法及过程 实验效果分析与实验得失总结心得与感受参考文献 致谢 年级：高一班级：1112班 指导教师：陈义华组长：罗慧珍

课题名称：水火箭制作与发射 指导教师：陈义华 班级： 1112班 组长：罗慧珍 组员：罗慧珍、胥哲、李思雨、张思睿、游迷熵、汤为、陈宇璐、张琛欣、谭灵妃、李梓健 关键词：自己动手水火箭 课题研究的背景：“中国航天作为世界航天的一个重要组成部分，为世界航天的发展作出了积极的贡献。”中国航天事业近年来蓬勃发展：自一九五六年 创建以来，迄今已达到相当规模和水平，在卫星回收、一箭多星、低温燃料火箭技术、捆绑火箭技术以及静止轨道卫星发射与测控等许多重要技术领域，已跻身世界先进行列；在遥感卫星、通信卫星、科学实验卫星、导航定位卫星研制与应用以及载人飞船试验等方面均取得重大成果，社会效益和经济效益显著。 2011年9月29日21时16分0秒，天宫一号在酒泉卫星发射中心发射升空。载人航天工程总指挥常万全宣布天宫一号目标飞行器发射圆满成功。中国从 发射“神七”到发射“天宫一号”，从“天宫一号”的设计到发射，只用了很短 的时间，这在国际航天领域是非常突出和令人瞩目的事件。在国际空间科研和实验中，中国的进展速度最快，超过了任何国家。如此种种让无数的中华少年感到由衷的自豪和高兴，并相信中国将会取得更大的成功。 研究目的： 1.通过水火箭制作与发射活动，初步了解火箭发射的有关科学知识，懂得航天火 箭的原理；在实践的过程中，培养在实践中反复探究、遇到问题采取反复实践、 借助已有生活经验、学习他人经验等方法去再创造，不断解决问题的能力，同时 提高创造能力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； 2.水火箭是寓教于乐、科技含量高,深受广大青少年喜爱的动手、动脑的科普教 材。可以让我们直观了解导弹,运载火箭的发射升空,回收的过程,导弹的飞行与 飞机的飞行原理及不同点。解释牛顿第一、第二、第三定律（作用与反作用、惯 性、能量守恒定律）了解一些基本的空气动力学和飞行力学等方面知识。使广大 青少年了解航天科技，热爱航天科技,为国家航天事业培养、造就、输送优秀人

水火箭实验结题报告2 2

课题名称：水火箭研制调查报告 指导老师: 小组成员名单： 研究日期：2012.11—2012.12 “水火箭”研制结题报告 一、实验背景 火箭是利用燃料的燃烧向后发出强烈的反冲力产生的巨大的反作用而升空的。“水火箭”，顾名思义，就是利用空气与水的反作用发射升空。本实验通过理论分析和实验研究，探究影响水火箭的飞行高度的因素；通过设计制作“水火箭”，改变教学方式，加强学生的动脑动手能力，提高教育教学质量。培养从实际问题中产生探究课题，并开展深入的实验探究的意识和能力。 二、实验目的 制作“水火箭”，并探究影响“水火箭”的发射高度的因素。 三、实验原理 利用水的反冲使“水火箭”飞行。 四、实验器材 两只相同的塑料瓶、胶带纸、美工刀、剪刀、自行车轮胎气芯、刻度尺、木塞子、硬纸板、实验用具铁架台等

五、实验步骤 （一）.制作水火箭 1、取第一个瓶子，称之为A瓶。在瓶子上下1-1、2-2的位置各画一条线，两条线位置的決定方法如下。 1-1：选瓶上弧线曲度与火箭泡棉头曲度相近处。 处。0.5cm：选瓶子下方曲线转直点的下方约2-2． 2、自1-1线上方、2-2线下方约0.5cm处用美工刀（或剪刀）切（剪）开。 3、用剪刀慢慢修剪至划线处，尽量使其平整，以便与B瓶衔接時可以较为密合。 4、将火箭泡棉头放置于A瓶上方，由正上方看泡棉头是否对准保特瓶之正中央位置。若已放正，则使用电工胶布缠绕于相接处，加以固定。 由喷嘴（气嘴）瓶，將瓶盖卸下，然后将B、取另一个瓶子称之为5．

保特瓶开口处旋紧。 6、将A、B瓶相连接。然后至于平坦之桌面或地上滚动，看看是否连接平整，滚动是否平顺。若是，则以电工胶布加以固定。 7、取第三个瓶子，称为C瓶。在瓶子3-3、4-4之位置各画一条线。3-3：选瓶子上方曲线转折点的下方约0.5cm。 4-4：选瓶子下方曲线转折点的下方约0.5cm。 8、自3-3线上方、4-4线下方约0.5cm处用美工刀（剪刀）切（剪）

计算火箭飞行空气阻力系数

计算火箭飞行空气阻力系数一问题描述及要求 小型火箭初始质量为1200千克，其中包括900千克燃料。火箭竖直向上发射时燃料以15千克/秒的速率燃烧掉，由此产生40000牛顿的恒定推力，当燃料用尽时引擎关闭。设火箭上升的整个过程中，空气阻力与速度平方成正比，比例系数记作k。 利用数据拟合,计算空气阻力系数k 1.观测数据保存于rocket.dat 2.图形显示拟合结果 二物理模型分析 本问题是变质量的受力问题，应当采用=dp F dt 而非 2 2 = d x F m dt 计算。因此受力方程为： 2 dp dm dv v m F mg kv dt dt dt =+=?? 其中 015 m m t =?，使用差分方法可以由速度求出对应的加速度，同时也由位移求出对应的速度，带入上述方程即可线型拟合出比例系数k。 三程序分析及设计 由上述受力分析可以得到下面的代码。先通过for循环构建新的差分处理后的数据，再使用拟合得出k值，并以此作图。 clc; clear; A=load('G:/rocket.dat'); for i=1:19 t(i)=(A(1,(i+1))+A(1,i))./2; a(i)=(A(3,(i+1))-A(3,i))./(A(1,(i+1))-A(1,i)); velocitysquare(i)=((A(2,(i+1))-A(2,i))./(A(1,(i+1))-A(1,i))).^2; F(i)=40000-9.8.*(1200-15.*t(i))-a(i).*(1200- 15.*t(i))+15.*sqrt(velocitysquare(i)); i=i+1; end %差分法处理数据得到加速度以及相应时刻的速度 p=polyfit(velocitysquare,F,1);%拟合曲线 plot(velocitysquare,F,'*','color','r','linewidth',2);%绘制实际测量值 hold on; plot(velocitysquare,p(1).*velocitysquare+p(2),'color','b','linewidth' ,1.2);%绘制拟合曲线 xlabel('v^2'); ylabel('F=40000-9.8×(1200-15×t)-a×(1200-15×t)+15×v'); text(0.5*max(100000),0.43*max(30000),sprintf('F=%5.4f v^2

制作水火箭教学案

制作水火箭 一、教学目标 1、了解火箭的神奇威力和我国的宇航发展历史；学会水火箭的制作方法和发射技巧，激发学生的爱国之情。 2、通过活动让学生了解水火箭也能用废弃物来制作，启发学生寻找周围材料制作火箭。 3、通过活动培养学生创新精神和创造能力。 活动重点：水火箭的设计 活动难点：降落伞的制作 二、技能要点分析： 1、材料、工具使用说明： 材料：600毫升装的可乐空瓶3个（可乐瓶要带盖，可乐瓶可大，也可小，但是3个可乐瓶要一样大小）、胶带、双面胶、厚卡纸、50×50cm尼龙薄膜1块、细线250cm,粗线100cm,装饰纸少许。 工具：剪刀、手工钻（水火箭嘴、发射架需市场购买）。 2、整体设计技术 仔细观察水火箭的各个部件，想想水火箭是靠什么飞上天空的，制作水火箭的关键是什么？然后设计一枚水火箭。水火箭的设计包括：火箭体和附件两个部分。火箭体主要由：动力舱――火箭头――发射舱――储备舱四个部分制作而成的。全部箭体都是由可乐瓶制作而成，可乐瓶一共用三个；附件有：降落伞。降落伞是由尼龙薄膜制作而成。 让学生看看：是看看降落伞的外形与结构。让学生想想：主要是想怎样设计水火箭更加合理。 通过看看想想，然后把想好的制作流程设计写到书本的空白处。 3、箭体制作技术 以600毫升装的可乐瓶为例 ①制作动力舱：用一个可乐瓶，这个可乐瓶不能漏气。检测方法：只要对着可乐瓶吹气，气没有泄漏就行，无需加工。 ②制作火箭头：截取可乐瓶的前半部与尾部，再把它首、尾套起来，然后用胶带粘牢。 ③制作发射舱：截取一个可乐瓶的中间部分，高12㎝。套入动力舱(可乐瓶的口部)，用胶带粘牢。 ④制作储备舱：再截取一个可乐瓶的中间部分，高12㎝。套入动力舱（可乐瓶的尾部），用胶带纸粘牢。 检查发射舱、动力舱、储备舱是否成一直线。 ⑤美化火箭体：用彩纸美化 注意：美化火箭体时，不要把整个火箭体全部贴满，要留一条1㎝宽的缝隙，以备发射时观察水位用。 ⑥制作尾翼：先用较厚的有一定硬度的16k大小的卡纸纵向对折，在上面画