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水火箭
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),压缩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。
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。可以让学生直观了解导弹,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、输送优秀人才。(全国已多次举办比赛~~)
发射原理
用橡皮塞紧的瓶子,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。
反作用力
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)。
2. 发射角度。水平方向飞行,由于空气的阻力,发射的最佳角度在50到55度之间,不同的水火箭可能不同,可通过控制变量的方法试验确定。(我们制作的水火箭最佳角度是53度左右)。竖直方向飞行则为90度。
3. 气塞使用。气塞的使用原理是通过压缩软胶塞体积膨胀来调节气塞的松紧程度,压缩越厉害体积膨胀越大,气塞越紧,要把气塞冲出来的气压就越大,即火箭获得的动力越大。具体使用方法如下:首先拆下气塞的气门芯,将气塞在原形塞进火箭的瓶口内,然后用套筒(一种专门用来拧螺丝的工具,五金店有卖)拧紧气塞的螺丝,最后安装气门芯即可加气使用。(注:拧紧程度可按需要来调节。)
4. 发射稳定调控。仅讨论水平方向的发射。需要制作一个发射台,发射台要配有导航轨道,导航轨道不要太长也不要太短,一般长为60cm(可用三个教学用的大三角板和两根扫帚柄拼凑而成,为减少扫帚柄作导航轨道时对水火箭的摩擦,可用透明胶粘贴扫帚柄或如图例所示的模型)。无风天气时,正对目标按最佳发射角度(指发射轨道与地面的夹角)发射。刮风天气时,应视风力和风向适当调偏与发射目标的方向,保持最佳发射角度发射。
5. 注意事项。发射时,确保火箭和轨道的平直一致,若偏离1~2度都会影响飞行的平稳性而呈“8”字型飞行。用气筒打气时,要尽可能平稳,打气频率不要太慢应快点。要尽可能将气塞塞紧,可通过拧紧气塞的螺丝来调节,气塞塞得越紧瓶内气压越大而火箭的动力就越大。 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,两条线位置的决定方法如下。1-1:选瓶上弧线曲度与火箭泡棉头曲度相近处。2-2:选瓶子下方曲线转直点的下方约0.5cm处。
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。
用剪刀慢慢修剪至画线处,尽量使其平整,以便与B瓶衔接时可以较为密合。 将火箭泡棉头放置於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於相接处,加以固定。 取另一个瓶子称之为B瓶,将瓶盖卸下,然后将喷嘴由保特瓶开口处旋紧。 将A、B瓶相连接。然后至於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。 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。 自3-3线上方、4-4线下方约0.5cm处用美工刀(剪刀)切(剪)开。 将厚纸板对折,然后用铅笔画出四个梯形。然后用剪刀沿线剪开。注:尾翼之尺寸、形状,可以做不同的变化,以测试 其对飞行有何影响。 同样以投影片至做出与厚纸板规格相同之梯形。 将制作好之投影片包覆於厚纸板梯形之外侧,可以先使用双面胶带将投影片及厚纸板接合在一起,然后使用电工胶布将其三边贴过。 用双面胶带贴於摺起部分之底部。此步骤为了将做好之四个尾翼年贴於C瓶。 四个尾翼完成图。 将四片尾翼年贴於C瓶上,需确定为十字对称,如此才能平衡。 先以电工胶布黏贴於尾翼两侧,黏贴时须注意电工胶布的长度须够长,上方需比尾翼高约一个胶带的高度,下方反折入C瓶内,以增加牢固程度。再以电工胶布缠绕於尾翼上方约两圈。 将C瓶与B瓶用电工胶布做连接。注:同样须注意保持水火箭箭身的笔直以确保飞行方向的准确。
线 控 小 精 灵
原理:运动物体和另一物体表面相接触时,所产生阻碍运动的作用力。称为摩擦力运动。摩擦力的大小只取决于三个方面:接触表面的性质,接触表面的大小,以及作用到表面的力的大小。有两种摩擦力,静摩擦力和动摩擦力。一旦物体开始运动,动摩擦力将减缓运动。这种摩擦力的方向是和运动的方向相反的,你需要一个抵消摩擦力的力使物体运动起来。但是,如果没有摩擦力的话,一个运动的物体是不需要力来保持运动的。
背景资料:轮子是历史上最重要的发明之一,轮子的发明带来了车子的发明,使人类可以搬更重、更大的物品。了解车轮顺时针或逆时针转动取决于车子的运动方向。研究轮子的机理,研究摩擦力对运动物体的影响。
使用情况:本作品由二个电动机分别与二个圆柱体连接,并且与机架相连。随着电动机的旋转带动机器人随其一起行走。通过遥控器左右开关同时向前推时,该模型前进、同时向后推时,该模型倒退。左右开关一前一后时,该模型转弯,且转弯自如。通过熟练的组合就可以顺利地操纵该机器人。看看谁能以最快速度走完规定的不规则线路。
通过本作品,可以使青少年了解车轮顺时针或逆时针转动取决于车子的运动方向原理。研究轮子的机理,研究摩擦力对运动物体的影响。
电 子 混 色 器
原理:我们熟悉用颜料混合产生各种各样的颜色。当不同颜色的光混合在一起时,它们也能因混合而形成新的颜色,然而新颜色的形成方式和颜料混合的方式不同。混合的色光是通过把不同波长的光加在一起而产生新的颜色,因此色光的混合有时也被称为加色混合。光的原色和颜料的原色不同,光的原色是红色、绿色和蓝色。滤色片是通过阻挡白光的某些波长来从白光中抽取某种颜色的。
背景资料:用于光混合的原色系列和颜料混合的原色系列不同,红色、绿色和蓝色是光的原色。有色光混合和颜料的混合不同,它们是通过一个叫加色混合的过程来产生其他颜色的,当你把光的原色混合在一起时,你得到的是白光。
使用情况:本作品采用三只高亮度红色、绿色和蓝色发光二极管来制造光的原色,将光线投射在滤色片上,利用开关和可变电阻分别来调节亮度(也可理解成色光的密度,密度越高颜色越深)。使滤色片上合成出以不同的组合混合在一起产生光的各种颜色。太 空 漫 步 者
原理:作品内有电动机和齿轮箱,利用齿轮箱机构把动力传输到凸轮上,凸轮机构的作用是将输入的旋转运动或直线运动转换成其他形式的运动输出。平面凸轮可将旋转运动转换为纵向移动;移动凸轮可将水平运动成为转换为上下运动。作为机器人运动的动力。
背景资料:机器人是一种可编程的自动控制机器,它能执行某种操作作业或者可以移动。目前。青少年竞赛的机器人主要分为自律型(可编程)和操控型机器人。
使用情况:本作品接通电源后,机器人将由电机带动齿轮运动,输出到位于齿轮箱输出轴上的凸轮,凸轮可将旋转运动转换为纵向移动,产生具有往复运动特征的运动,使机器人自动前行。
通过本作品,使青少年基本了解机器人凸轮机构运动规律,制作简单机械,以及机器人的动作神 奇 的 转 盘
原理:磁铁的两端叫做磁极。这两个极被称为南极和北极。当两块磁铁被放在一起时,南极将吸引北极而排斥南极,同样北极也排斥北极,称为磁性原理。
当将磁铁相同的两极放在一起,它们彼此产生推力或相互排斥。
当将磁铁不相同的两极放在一起,它们彼此产生拉力或相互吸引。
背景资料:磁铁是一种能够把某些东西拉向自己或把它们推开的物体,在这中间有一种无形的力称为磁力。磁力是一种看不见的力。磁铁能吸某些材料,如回形针、大头针等,磁铁推或拉的力在磁铁两端最强。但并不是所有的金属都能够被磁铁吸引。铁是制作磁铁最常用的金属。磁浮列车是对磁力的排斥原理的应用。
使用情况:本作品电动机带动转盘旋转,由于转盘之间有控制装置可调节二盘之间的距离,并最终维持在一平衡点,使之既保持一定的距离又有一定的吸力。通过吸力的作用,从而使上面的转盘一起转动,也就是异极磁场的吸力而同向运动。
电 子 星 座 架
原理:光纤结构呈圆柱型。圆柱的壁能够像镜子一样,光进入光纤后,经光纤壁的不断反射,一直传送到光纤的终端。光是沿直线传播的,而光纤和其他材料不同的是可弯弯曲曲传播信号。该作品中同时配上无稳态电路,其特点是它不需要外加触发信号便能自动地、周期地完成开关作用。由于这电路没有稳定状态,所以称它为无稳态电路,又因为它产生的方形波是由基波和许多高次谐波组成,因此又称它为多谐振荡器。
背景:光纤,细如发、软如丝,又具有高抗拉强度,大抗压能力。光波在光纤中传播不向外辐射电磁波,有很高的保密性能,信息以光速传送,速度无与伦比。光纤通讯代替普通电缆通讯,可以节省大量的金属材料,信息技术将会产生革命性的变革。
使用情况: 本作品接上电源,黑暗处就可看到闪烁星座了。该作品主要运用光导纤维传输信号,电子线路产生信号使二极管颜色交替发光,反映在星座架上。勾勒出不同星座的基本形状,激发青少年了解星空奥秘的好奇心。架上的星座说明文字,能进一步地帮助青少年了解神秘的星座。
通过本作品,了解光纤传输信号原理,模拟星座在太空中的形状,了解多谐振荡器的原理。激发青少年探索太空的求知欲.
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