【韜】讓吸管火箭飛得更遠 ——影響吸管火箭射程因素的探究

韜

<h3>一、研究原因 　　火箭上天承載著人類的夢想，我們小朋友經(jīng)常做紙飛機、吸管火箭來滿足探索的夢想。我發(fā)現(xiàn)不同小朋友做的吸管火箭有些飛得特別遠，有的飛不遠。我想，是不是跟吸管火箭的紙質(zhì)重量，尾翼的形狀數(shù)量、發(fā)射的角度有關(guān)，我想通過實驗來探究一下，吸管火箭的射程與哪些因素有關(guān)，怎樣才能讓吸管火箭發(fā)射更遠。 </h3> 二、研究過程（一）實驗準備1.實驗器材 紙（打印紙、卡紙、宣紙）、吸管、雙面膠、透明膠、卷尺、直尺、量角器、電子秤、相機等。 <h3>2.對照組的設(shè)定 　　以下每個小組實驗都有一個對照組的吸管火箭制作方法，即按《廚房的實驗室》書中介紹的制作方法，用打印紙剪出5厘米寬，21厘米長的長方形作為火箭主體。</h3> <h3>3.吸管火箭最遠射程 　　在實驗中發(fā)現(xiàn)，用打印紙，剪21厘米長，5厘米寬的長方形，卷成直徑為0.6厘米的機體，剪3個梯形作機翼，采取45°角度發(fā)射，記錄吸管火箭最遠射程為306厘米。</h3> <h3>（二）實驗一、紙質(zhì)重量對吸管火箭射程的影響 1.實驗目的：研究紙質(zhì)重量對吸管火箭射程的影響 2.實驗步驟： （1）根據(jù)表1的方法，在其他材料不變的情況下，分別用打印紙、卡紙、宣紙剪5厘米寬、21厘米長的長方形作為火箭主體。 （2）長方形紙條卷在吸管外，用膠帶粘好，固定形狀。 （3）把紙火箭從吸管上取下來，將一頭折疊作為火箭頭。 （4）從紙上剪幾個梯形做尾翼，把它們粘在火箭末端，尾翼粘成直角或近似直角時效果最好。 （5）把三個紙火箭逐一套在吸管上，大力吹一口氣，用呼吸的力量發(fā)射火箭。 （6）火箭發(fā)射后，觀察記錄火箭飛行情況及射程。為取得相對精確的射程數(shù)據(jù)，每種紙火箭發(fā)射5次，取平均值。 3.實驗結(jié)果： 　　實驗結(jié)果見表2和圖4。</h3> 4.結(jié)果分析：　　卡紙做的吸管火箭比打印紙、宣紙做的吸管火箭重量重，它的射程是最短的，由此可見火箭的自身的重量會影響火箭的射程。宣紙做的火箭雖然重量最輕，但因為宣紙紙質(zhì)較軟，且表面不光滑，也會影響火箭的射程。所以重量適中、紙面光滑的打印紙被選作為對照組。 <h3>（三）實驗二、紙火箭機體長短對吸管火箭射程的影響 1.實驗目的：研究紙火箭機體長短對吸管火箭射程的影響 2.實驗步驟： （1）根據(jù)表1的方法，在其他材料不變情況下，用打印紙剪寬5厘米，長分別為21厘米、25厘米、17厘米的長方形作為火箭主體。 （2）長方形紙條卷在吸管外，用膠帶粘好，固定形狀。 （3）把紙火箭從吸管上取下來，將一頭折疊作為火箭頭。 （4）從紙上剪幾個梯形做尾翼，把它們粘在火箭末端，尾翼粘成直角或近似直角時效果最好。 （5）把三個紙火箭逐一套在吸管上，大力吹一口氣，用呼吸的力量發(fā)射火箭 （6）火箭發(fā)射后，觀察記錄火箭飛行情況及射程。為取得相對精確的射程數(shù)據(jù)，每種紙火箭發(fā)射5次，取平均值。 3.實驗結(jié)果： 　　實驗結(jié)果見表3和圖5。 </h3> 4.結(jié)果分析：　　空氣是阻礙紙火箭飛行的阻力。較長的紙火箭因機體長度長，相應空氣阻力也大；較短的紙火箭因為機體相對短，相應的空氣阻力較小，所以飛得更遠。如果機體過短，紙火箭重心相對不穩(wěn)，會影響射程。 <h3>（四）實驗三、紙火箭機體直徑粗細對吸管火箭射程的影響 1.實驗目的：研究紙火箭機體直徑粗細對吸管火箭射程的影響 2.實驗步驟： （1）根據(jù)表1的方法，在其他材料不變情況下，用打印紙剪三個5厘米寬、21厘米長的長方形作為火箭主體。 （2）將長方形紙條卷分別在直徑為0.9厘米、1.2厘米、0.6厘米的吸管外，用膠帶粘好，固定形狀。 （3）把紙火箭從吸管上取下來，將一頭折疊作為火箭頭。 （4）從紙上剪幾個梯形做尾翼，把它們粘在火箭末端，尾翼粘成直角或近似直角時效果最好。 （5）把三個紙火箭逐一套在吸管上，大力吹一口氣，用呼吸的力量發(fā)射火箭 （6）火箭發(fā)射后，觀察記錄火箭飛行情況及射程。為取得相對精確的射程數(shù)據(jù)，每種紙火箭發(fā)射5次，取平均值。 3.實驗結(jié)果： 實驗結(jié)果見表4和圖6 </h3> 4.結(jié)果分析：　　紙火箭機體直徑越細，受阻面積越小，飛得越遠，而機體直徑越粗，受阻面積越大，飛得較近。 <h3>（五）實驗四、紙火箭機翼形狀對吸管火箭射程的影響 1.實驗目的：研究紙火箭機體機翼形狀對吸管火箭射程的影響 2.實驗步驟： （1）根據(jù)表1的方法，在其他材料不變情況下，用打印紙剪三個5厘米寬、21厘米長的長方形作為火箭主體。 （2）長方形紙條卷在吸管外，用膠帶粘好，固定形狀。 （3）把紙火箭從吸管上取下來，將一頭折疊作為火箭頭。 （4）從紙上各剪三個梯形、菱形、三角形做尾翼，把它們粘在火箭末端，尾翼粘成直角或近似直角時效果最好。 （5）把紙火箭套在吸管上，大力吹一口氣，用呼吸的力量發(fā)射火箭 （6）火箭發(fā)射后，觀察記錄火箭飛行情況及射程。為取得相對精確的射程數(shù)據(jù)，每種紙火箭發(fā)射5次，取平均值。 3.實驗結(jié)果： 　　實驗結(jié)果見表5和圖7 </h3> <h3>4.結(jié)果分析： 　　紙火箭機翼的形狀對吸管火箭飛行距離的影響并不明顯，梯形機翼和三角形機翼的飛行距離基本相近，菱形機翼跟機體之間多了一個凹糟，使紙火箭在飛行時阻力變大，射程變短。</h3> （六）實驗五、紙火箭機翼數(shù)量對吸管火箭射程的影響1.實驗目的：研究紙機翼數(shù)量對吸管火箭射程的影響2.實驗步驟：（1）根據(jù)表1的方法，在其他材料不變情況下，分用打印紙剪5厘米寬、21厘米長的長方形作為火箭主體。（2）長方形紙條卷在吸管外，用膠帶粘好，固定形狀。（3）把紙火箭從吸管上取下來，將一頭折疊作為火箭頭。（4）從紙上剪幾個梯形做尾翼，把它們粘在火箭末端，對照組機體粘三個尾翼，實驗組1粘一個尾翼，實驗組2粘五個尾翼。尾翼粘成直角或近似直角時效果最好。（5）把紙火箭套在吸管上，大力吹一口氣，用呼吸的力量發(fā)射火箭（6）火箭發(fā)射后，觀察記錄火箭飛行情況及射程。為取得相對精確的射程數(shù)據(jù)，每種紙火箭發(fā)射5次，取平均值。3.實驗結(jié)果：實驗結(jié)果見表6和圖8 4.結(jié)果分析：　　尾翼的作用是為了保持吸管火箭平穩(wěn)飛行。一翼的吸管火箭飛行平衡性較差，所以飛不遠，五翼的吸管火箭因為機翼多所以重量重且摩擦力大，較難飛遠。 <h3>（七）實驗六、發(fā)射的角度對吸管火箭射程的影響 1.實驗目的：研究發(fā)射的角度對吸管火箭射程的影響 2.實驗步驟： （1）根據(jù)表1的方法，在其他材料不變情況下，用打印紙剪寬5厘米，長分21厘米、25厘米的長方形作為火箭主體。 （2）長方形紙條卷在吸管外，用膠帶粘好，固定形狀。 （3）把紙火箭從吸管上取下來，將一頭折疊作為火箭頭。 （4）從紙上剪幾個梯形做尾翼，把它們粘在火箭末端，尾翼粘成直角或近似直角時效果最好。 （5）把紙火箭套在吸管上，分別以水平、15°、30°、45°、60°的角度大力吹一口氣，用呼吸的力量發(fā)射火箭 （6）火箭發(fā)射后，觀察記錄火箭飛行情況及射程。為取得相對精確的射程數(shù)據(jù)，每種紙火箭發(fā)射5次，取平均值。 3.實驗結(jié)果： 　　實驗結(jié)果見表7和圖9 </h3> <h3>4.結(jié)果分析： 　　發(fā)射角度吸管火箭的飛行軌跡是較大影響。水平發(fā)射給吸管火箭一個反作用力，能讓吸管火箭飛得更平穩(wěn)也更遠一些。從15°到30°，再到45°，因為發(fā)射角度不斷增大，紙火箭在空中飛行的時間變長，所以飛行距離更遠。而到達60°的發(fā)射角度，紙飛機所受的反作用力主要是向上的，向前的力較少，所以飛行距離就比較近。</h3> （八）實驗七、探究吸管火箭最遠射程的較優(yōu)方案1.實驗目的：鑒于前面系列實驗，尤其實驗三直徑為0.6厘米的紙火箭出現(xiàn)301厘米的射程，以及實驗六以45°發(fā)射角度的吸管平均射程為244.6厘米，所以本實驗采取機體直徑為0.6厘米，發(fā)射角度為45°，探究吸管火箭的最遠射程到底有多遠。2.實驗步驟：（1）根據(jù)表1的方法，在其他材料不變情況下，用打印紙剪寬5厘米，長分21厘米、25厘米的長方形作為火箭主體。（2）長方形紙條卷在直徑0.6的吸管外，用膠帶粘好，固定形狀。（3）把紙火箭從吸管上取下來，將一頭折疊作為火箭頭。（4）從紙上剪幾個梯形做尾翼，把它們粘在火箭末端，尾翼粘成直角或近似直角時效果最好。（5）把紙火箭套在吸管上，分別以水平、45°的角度大力吹一口氣，用呼吸的力量發(fā)射火箭（6）火箭發(fā)射后，觀察記錄火箭飛行情況及射程。為取得相對精確的射程數(shù)據(jù)，每種紙火箭發(fā)射5次，取平均值。3.實驗結(jié)果：　　實驗結(jié)果見表8和圖10。 4.結(jié)果分析： 機體直徑為0.6厘米，因為機體直徑較細，所受的阻力相對小，無論是水平發(fā)射還是45°發(fā)射，最遠射程都可以達到3米多。45°發(fā)射的射程總體比水平發(fā)射的射程遠，所以45°發(fā)射較易達到最遠射程。 <h3>三、研究結(jié)論 1.紙質(zhì)重量影響吸管火箭的射程，紙質(zhì)越輕，飛得越遠，但紙質(zhì)如果太軟，也會影響飛行距離。 2.較長的紙火箭因機體較長，相應空氣阻力更大；反之，阻力變小，飛得更遠。但因機體較短，紙火箭重心相對不穩(wěn)，會影響射程。 　　3.紙火箭機體直徑越細，受阻面積越小，飛得越遠；機體直徑越粗，受阻面積越大，飛得越近。 　　4．吸管火箭機翼形狀跟紙飛機機翼原理相似，用三角形和梯形機翼受到空氣阻力較小，而菱形機翼與機身形成新的角度，空氣阻力變大，所以飛得不愿。 　　5．尾翼有助于紙火箭在飛行時保持平穩(wěn)。一翼紙火箭因機翼少，平衡性不夠；而五翼紙火箭機翼多的同時，重量也增加了，所以飛不遠。三翼紙火箭平衡性和機體重量適中，飛得較遠。 　　6.發(fā)射角度對吸管火箭影響較大。水平發(fā)射是吸管火箭受力全部向前，所以飛得比較遠。改變發(fā)射角度，15°到30°，再到45°，吸管火箭的力由向前變?yōu)橄蛏?、向前的力，因為發(fā)射角度不斷增大，紙火箭在空中飛行的時間變長，所以飛行距離更遠。而到達60°的發(fā)射角度，紙飛機主要是向上增多，向前的力減少，所以飛行距離就比較近。 　　7.縱觀所有實驗，對射程影響較大的是吸管火箭的重量、機體粗細、機翼數(shù)量和發(fā)射角度等。 </h3> <h3>四、進一步研究 　　關(guān)于這個課題我還想繼續(xù)研究以下幾個問題： 　　1.我在做吸管火箭實驗時，一為了便利，二為減少外界條件的干擾，較大程度地保證數(shù)據(jù)準確性，我選擇了在室內(nèi)無風環(huán)境下完成。如果在室外，晴天有風，吸管火箭肯定會飛得更高。 　　2.實驗中，機翼基本是平展的，如果讓機翼有一定的弧度，比如像螺旋槳那會怎么樣。 　　3.我們看到的火箭機體都是圓形的，假設(shè)火箭的機體是正方形、三角形，結(jié)果會有什么不同呢。 </h3> <h3>五、收獲與體會 　　通過這次實驗探究，我收獲了許多。這個實驗探索了吸管火箭飛行的奧秘，使我了解了紙火箭機體重量、機體粗細、機翼形狀數(shù)量和發(fā)射角度對吸管火箭射程的影響，也懂得了一些空氣阻力和飛行距離關(guān)系的知識。在實驗中有時因為呼吸沒控制好，導致火箭飛太遠或太近，我只好不斷調(diào)整，直到獲取有用的數(shù)據(jù)為止。有時火箭裂了條縫，讓數(shù)據(jù)變得不精確，我立刻用雙面膠重新貼好?？傊?，在實驗過程中的小意外層出不窮，但我沒有氣餒，也沒放棄。 　　對于這次實驗，我覺得不足的是，由于種種條件限制，我并未得出怎樣的吸管火箭才能飛得最遠，所以我還沒能做出最完美的吸管火箭。盡管如此，我相信我的實驗探索是有意義的。我做的吸管火箭比以往的吸管飛得更遠，我也得出一些有一定價值的實驗結(jié)論。 　　這次實驗更讓我感受到了科學領(lǐng)域的無邊無際，充滿神奇！小小的吸管火箭里竟藏著這么多的知識，讓我知道科學不僅無處不在，并且奧秘無窮。就等著我們這些小小的科學迷一起去探索。</h3> 六、部分實驗操作圖片及視頻