二级加压水火箭的制作方法

汪 海

（黑龙江省教育学院，黑龙江 哈尔滨150080）

1 引 言

神州七号飞船的成功发射，给广大中学生带来了强烈的震撼，也给中学物理教学带来了生机．许多教师将自制水火箭引入了初中物理活动课程，学生在教师的指导下，通过动手、动脑和相互交流的过程，将物理知识与课外物理实践活动紧密地结合起来，从中获得了成功的喜悦，激发了他们学科学、爱科学的热情．

2 水火箭的工作原理

根据牛顿第三定律，当一个物体对另一个物体施加力时，这个物体会同时受到另一个物体的反作用力．比如：当释放吹满气的气球时，气球会向后喷出气体，同时气体向前推动气球前进．制作水火箭时，用密度较大的水代替空气，用可乐瓶代替气球，这就是水火箭的工作原理．

3 水火箭的制作过程

1）制作尾翼．选用较硬的纸壳，用铅笔画好外形［见图1（a）］，长约9 cm，宽约4 cm，一共8个．用剪刀剪下后，两两对好，在距下边缘1 cm左右处分别向外弯折，见图1（b）．2片尾翼中间用双面胶粘合，见图1（c）．外侧也可再用透明胶布粘2圈，确保粘贴牢固．

图1 尾翼的制作

2）固定尾翼．先在瓶体上距离瓶口5～6 cm处，粘好1片尾翼，方法是先沿一侧尾翼方向粘1条胶布，然后另一侧再_粘1条胶布，同时注意尾翼方向，不要粘反了．在这个尾翼对称的位置再粘好另一尾翼，然后在2个尾翼中间位置粘好另2个尾翼．最后再用胶布横向的粘2圈，保证其不会掉落，见图2．

图2 固定尾翼

3）制作箭头．火箭飞行时，空气阻力越小，飞行距离越远．所以，要设法减小水火箭的飞行阻力．选择较硬X光片1张［见图3（a）］，再取1个可乐瓶，在距瓶口15 cm的位置剪开，见图3（b），把羽毛球的软头部取下，从瓶体内部用力挤出一部分［见图3（c）］，然后将剪好的X光片围绕羽毛球体1周，调整好大小，保证正对不歪，然后用透明胶布固定，整流罩制作完毕，组装后见图3（d）．

图3 火箭头的制作

4）制作胶塞．选择4号胶塞，将气针直接穿入，确保气针通气良好，没有堵塞，见图4．

图4 胶塞

5）制作发射架．发射架应具有调整发射角度，稳定性好的特点．选择40 cm×25 cm的木板作为发射架的底座．将2块小木块用折页连接起来作为调整发射角度的调整夹，同时在后端将1根螺丝拧入木板中，作为调整发射角度的支柱，在夹角位置固定1个量角器．然后取30 cm×25 cm的木板作为上夹板，在距上方8 cm位置开1个直径为4 cm的孔．在距该孔6 cm的两侧各开2个小孔，使直径为1．4 cm的铁棍刚好塞进去而不掉落．整个发射架制作完毕，见图5．

图5 发射架的制作

4 影响水火箭飞行高度的因素以及改进的措施

试射中发现有的火箭漏气，飞不起来；有的能飞起来，却飞偏，有的飞行距离也不够．影响火箭飞行因素较多，分析如下：

1）单体气密性．水火箭充气箭体本身一定要保证气密性，否则就会出现漏气现象，导致气压一直很低，无法飞行．

2）尾翼对称性．水火箭的尾翼起调整火箭飞行姿态的作用，如果不对称，就会飞偏，不走直线．

3）阻力与自重．火箭升空一方面要克服自重，同时还要克服高速飞行带来的空气阻力．因此，要尽量降低水火箭的自重，选择相对轻质的材料，减少不必要的装饰；同时要降低风阻，包括前面的整流罩流线型的设计，还有尾翼粘贴时不能有缝隙．

4）气压动力．瓶内气压是水火箭的动力来源，影响着飞行的高度．瓶内气压低的主要原因是胶塞密闭问题，为此应增大摩擦力．用小号的锉打磨胶塞，使之较粗糙，或者用壁纸刀横向刮几下．将胶塞距离上下部各3 mm位置挖空，不使用气针，而是使用气门芯嘴并直接拧入胶塞，见图6．用气门芯嘴可使瓶体气压提高40%．

图6 胶塞的改进

5）瓶内水量．水量过多会导致自重过大，无法飞高，过小又会导致动能过小．所以要反复尝试，直到找到最佳配重点．对于火箭自重多大比较合适，严格来讲需要通过多次实验后确定．我们发现一般2．5 L的可乐瓶可以装距瓶底5～6 cm的水量最好．

5 二级加压的水火箭的制作

瓶内气压的大小直接影响着火箭飞行的高度，采取增大瓶内气压的办法，无疑是给火箭换上更强有力的心脏，所以要制作二级加压的水火箭．由于1个2．5 L的可乐瓶能承受的气压有限，所以需串联1个可乐瓶．但是，解决两瓶之间的气密性问题却很难，我们解决的办法是用气门芯嘴加胶管的方法．

首先用剪刀在瓶子底部中心开1个口，大小比自行车气门芯管直径要小一些；然后将气门芯嘴加橡胶垫放入瓶子，引出后加胶皮垫，再用螺丝帽拧紧．可以先试气密性，充足气后放入水里，没有气泡冒出即可．另一面直接连接另一个瓶子的瓶盖或用同样方法连接另一个瓶体，见图7．通过实验可以发现火箭飞不高，是气压不足和箭体自重过大等原因，所以换用1．5 L的可乐瓶来进行实验，充足气后飞行高度比单体火箭明显增加，解决了气压与自重的配比问题．

图7 二级加压

6 水火箭降落伞的制作

水火箭垂直升入天空，飞行高度可达100 m以上，但是，火箭飞得越高，下落时摔得也越惨．于是需要解决水火箭的安全降落问题，即制作降落伞．

1）制作过程．选择绸子面料，剪成长和宽均为80 cm的正方形 ，对折后剪成弧形，然后打开，在8个角的位置用线取等长60 cm缝好，直接系在一起，见图8．

图8 降落伞的制作

2）开伞的方法．采用阻力落差分离型：重的物体和轻的物体同时下落，但由于空气阻力不同，导致速度不同，由此实现降落伞自动打开．我们把头部的重物质量增到100 g，同时制作了伞仓，并制作了防止伞过紧的隔离网，将伞一头与箭体连接，另一头连接伞仓，见图9．

图9 伞仓的制作

注意事项：降落伞不能随便摆放，为能够顺利打开伞，要将伞折叠成蛇形后放入伞仓里．伞越大就越不容易成功，所以我们尝试的是直径60 cm的伞．而且伞的材料越轻越好，不能过重．采用降落伞技术的水火箭，发射角度要大于75°，成功率才会很高．

［1］ 方红霞．关于水火箭水平射程的实验探究［J］．物理实验，2011，31（12）：17－19．

［2］ 梁法库，梁帅．可以任意角度发射的水火箭［J］．物理实验，2010，30（10）：31－32．

［3］ 沈长军．巧造水火箭［J］．2007，27（11）：33－34．

［4］ 辛贵书．提高水“火箭”效果之措施［J］．2003，23（1）：32－33．