多级水火箭
篇一：水火箭分离器的研制
水火箭分离器的研制
——泄压气囊塞头
湖北省汉川市第二中学 杨晓军 Email:758640464@qq.com
关键词：水火箭 分离器 泄压气囊 塞头
1.提出问题
在水火箭的设计制作时，大家对水火箭发射的控制方式在不断地改进。一直在寻求一种简便的、取材容易的、工作可靠的分离器。我们知道简单的发射方式，是用橡皮塞塞紧可乐瓶瓶口，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，当压力超过橡皮塞与瓶口接合的最大摩擦力时，橡皮塞与瓶口自由脱离，箭体内的水向后喷出，火箭获得反向推力射出。然而，由于橡皮塞的松紧程度的差异，火箭会冷不防地冲出，不能保证火箭的发射质量。要解决这个问题应该从气塞的控制着手。不让其自由脱离。
2.方案制定
用气囊做成一个塞子，打气可以使塞子膨胀，泄压后塞子收缩。将此气囊塞子塞进压力槽的瓶口。给气囊打气加压，让气囊塞头膨胀而牢牢地堵住瓶口。继续加压到一定压力时，气囊塞头里的单向压力阀开启，使压力槽增压达到足够的压力。若使气囊塞头泄压，那么膨胀的气囊将收缩而塞不住瓶口，这样压力槽内的强大压力将冲开塞头，使塞头与箭体脱离。我们只有让气囊泄气才能发射火箭，这样就让发射实行可控了。我们用它可以控制发射的时刻，使水火箭与发射架分离，也可以控制多级水火箭的级间分离，还可用来控制打开降落伞。笔者尝试制作了一种分离器——泄压气囊塞头，效果不错。
3.结构（如图）
4.控制原理
气囊的进气端有一个泄压阀，气囊的外径与水火箭压力槽瓶口内径相同，出气端有一个单向压力阀。将气囊塞入水火箭压力槽的瓶口，关闭泄压阀，从进气气针给气囊加气，气囊膨胀，牢牢地堵住瓶口，继续加压时，单向压力阀被打开，给压力槽充气，一直加到所需压力，水火箭充气完毕。这时若打开泄压阀，气囊泄压，不能堵住瓶口，瓶内的压力将气囊塞子冲开。达到塞子与瓶体分离的目的。
5.制作
5.1材料选择：
一次性输液器、（剪下瓶塞穿刺器和滴斗）、牙签、气门芯橡皮管、502胶水。
5.2加工单向压力阀：
剥去滴斗上端的胶管，将牙签插入滴斗上端的出口，插入2毫米深，堵住出口，用502胶水封固。切掉多余的牙签。如图：
用注射针头在出口端的管子上垂直地扎一个通孔。套上一段气门芯橡皮管，用线扎牢橡皮管。如图：
5.3加装进气气针：
用砂布将瓶塞穿刺器打毛，将瓶塞穿刺器插进滴斗的另一端，滴一点502胶，迅速将瓶塞穿刺器完全插入。如图：完成后的分离器可与打气筒的夹子直接对接。
6.试验：
6.1加压试验：
用自行车打气筒连接分离器的进气气针，按住泄压阀气塞，给分离器打气。打2~3下，气囊膨胀，单向压力阀开启。继续打气，气从单向压力阀放出。若接入压力表，加压到1公斤/平方厘米时，单向压力阀应该开启。如果压力阀开启压力过小（小于1公斤/平方厘米）会导致密闭不紧。从而不能给压力槽储存更大的压力。解决方法是用较厚的气门芯橡皮管。
6.2分离试验：
将分离器塞入一个完好的可乐瓶瓶口。如果气囊外径不够粗，加压后不能堵住瓶口，就要将气囊浸入开水中几秒钟，再塞入瓶口，按住泄压阀气塞打气，这样就能堵住瓶口的。开始充气加压，气囊开始膨胀并封住瓶口，压力表达到1公斤/平方厘米时开始给瓶内充气，试验数据表明气压可加到7公斤/平方厘米以上，气囊能牢牢地堵住瓶口。分离器不会自行脱开。当松开泄压阀塞子时，可乐瓶与分离器瞬间分离。
7.应用实例：
1，手持发射器； 2，多级分离器； 3，伞仓开仓器
8. 研制心得与感受
“泄压气囊塞头”的设计，达到了取材容易、制作简单、工作可靠的目标。通过对泄压气囊分离器的试制，我感受到：只要不断地探索，反复的实践，我们一定能战胜困难，能找到有效的解决方案。 然而，研制过程能使我们的动手动脑能力得到培养，分析问题、解决问题的能力得到提高。最重要的是能磨练我们克服困难的意志，使我们有能力面对人生中的各种挑战。
篇二：二级水火箭
二级水火箭：
图1—83是二级水火箭的实验装置图。它是用塑料套圈将三只塑料瓶串联起来而成的。由图可见其外型酷似真火箭，其实它的发射原理也是模拟真火箭，当火箭发射升空一段时间后，两级火箭联结的橡胶管才第二级火箭的喷嘴中脱离出，使第一级箭体脱落而第二级才启动，并由瓶口相下喷水，随着水的不断喷出，推动箭体不断上冲。其上升高度甚至可达70米左右，远远超过人类第一次真火箭上升的高度。
1
当然，二级火箭发射的高度完全由制作技巧、所用的器材质量及释放技能等因素决定。其中最关键的是两级箭体连接处的橡胶接头的制作；图1—84是接
2
头的刨面示意图。橡胶管的上下两端各装一副自行车内胎的气门：下端的气嘴与作为第一级箭体的塑料瓶底部相通，在下阀管与瓶底间垫上橡皮垫圈，牢牢地将接头下部分瓶口固定；按头上部长长的一段都插入作为第二级箭体的塑料瓶瓶口之中；在第一级箭体的喷嘴上仍塞上上述单级水火箭中如图1—80所示的橡胶塞子。
发射前的在两级箭体内部先灌入占其体积1／3的自来水。然后同第一级火箭的喷嘴中打气。当气压超过4个大气压时，压缩气体会沿接头下端气嘴的气门芯与阀门管间的空隙挤入橡胶管接头内，见四1—85（a），使橡胶管胀大，紧紧卡住第二级箭体，使其不致脱出，见图1—85（b）；当接口橡胶管中的气压增大至比装水的第二级箭体中高约2个大气压时，其中的高压空气会通过上气嘴挤入第二级箭体内。在发射注气过程中，接头橡胶管中的压强始终比第二级箭体内压强高约2个大气压。
火箭发射升空后。随着第一级箭体内水的下喷，箭体内气压开始降低，接头上下气嘴均处于关闭状态，接头橡胶管内的高压空气不会立即注入第一级箭体，故仍处于胀大状它，从而使两箭体暂不分离。
当第—级箭体内压强降至比接头胶管内压强低2个大气压时，橡胶管内的高压气体才挤入第一级箭体内，随空气从上气嘴释放，橡胶管收缩，使与第一级箭体连接迅速脱离第二级箭体，实现两箭体分离。无牵挂的第二级箭体借助体内水的下喷而反冲上升，持续至水喷完后再上冲一段时间，达到最大高度，最后自由下落。
3
篇三：水火箭
水火箭
开放分类： 物理、航天科技
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。灌入一定数量的水，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,在空中打开降落伞徐徐降落的火箭模型。
水火箭是寓教于乐、花百元钱、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。
发射原理
用橡皮塞塞紧的可乐瓶，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．
水火箭的制作
1. 材料准备：3~6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．
2.制作过程：如图1,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．
3.制作重点：在制作过程中，喷口是最为重要的，密封一定要好，否则不能提供良好的压力．气针在木塞中，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。
2. 研究方法
1.水火箭的竖直升高高度与瓶内水位的关系可以通过做实验的方法获得：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，水火箭中的水未喷完，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而提前坠落了．质量越大，所需提供的动量就越大，当质量一定时，速度越大动量越大．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．实验中发现，若水量大于固定气压
所能喷射的上限，则水火箭中的
水不会喷完，要如何避免水喷不
完的情形呢？根据PV＝nRT，可
求出一定气压所能喷出的水量上
限．若是水量不够一定气压所能
喷出的水量被较早喷完．根据理
论，发射时我们先量出能灌进水
火箭的最大值，再算出此气压能喷出的最大水量，根据此两数据装水灌气，即可达到水火箭之最大射程（Pmax＝
Fmax×Mmax）．
2.怎样提高水火箭的稳定性．
水火箭在上升过程中，并不是竖直向上升的，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．提高它的稳定性，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；其次瓶体形状应接近流线型，这样便于气流的通过；要使它竖直上升，还要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.发射轨道对射程的影响．
固定水量600ml，发射仰角50°．利用无轨发射架和70cm发射架分别发射水火箭并记录结果及发射情况．比较发射轨道对飞行距离的影响．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直线前进．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．固定水量600ml，发射仰角50°，使用有轨发射器．弹头依序放置填充物，质量为30g，40g，50g，60g．比较弹头重量对水火箭发射轨道的影响．
由实验可知：未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，因为物体旋转时的中心为重心，所以我们可
篇四：水火箭制作方法
水火箭制作
一、 发射原理：
用橡皮塞塞紧的可乐瓶，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．
二、水火箭的制作：
1.材料准备：
3~6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．
2.制作过程：
如图1,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，参
考图4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．平
衡翼的装法参考图5.剩余的工作就是装饰了，弹头的做法参考图6、7. 制作流程图：
3.制作重点：
在制作过程中，喷口是最为重要的，密封一定要好，否则不能提供良好的压力．气针在
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．制作示
意图如下图4水火箭的结构图示意图：
三、研究方法：
1.水火箭的竖直升高高度与瓶内水位的关系可以通过做实验的方法获得：
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，水火箭中的水未喷完，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而提前坠落了．质量越大，所需提供的动量就越大，当质量
一定时，速度越大动量越大．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．实验中发现，若水量大于固定气压所能
喷射的上限，则水火箭中的水不会喷完，要如何避免水喷不完的情形呢？根据PV＝nRT，
可求出一定气压所能喷出的水量上限．若是水量不够一定气压所能喷出的水量被较早喷
完．根据理论，发射时我们先量出能灌进水火箭的最大值，再算出此气压能喷出的最大水量，根据此两数据装水灌气，即可达到水火箭之最大射程（Pmax＝Fmax×Mmax）．
2.怎样提高水火箭的稳定性．
水火箭在上升过程中，并不是竖直向上升的，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．提高它的稳定性，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；其次瓶体形状应接近流线型，这样便于气流的
通过；要使它竖直上升，还要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.发射轨道对射程的影响．
固定水量600ml，发射仰角50°．利用无轨发射架和70cm发射架分别发射水火箭并记录结
果及发射情况．比较发射轨道对飞行距离的影响．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直线前进．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．
固定水量600ml，发射仰角50°，使用有轨发射器．弹头依序放置填充物，质量为30g，40g，50g，60g．比较弹头重量对水火箭发射轨道的影响．
由实验可知：未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
为物体旋转时的中心为重心，所以我们可以把重心G当成支点，则在只受重力的情况下弹
头即成一个以G为支点的平横杠杆．在飞行时，弹头A与弹尾B将受到相同的风阻影响，
但由于力臂不同（AG＞AB），所以A点所产生的力矩大于B点，故水火箭即会旋转影响航
道．所以我们必须放前置填充物，将重心G向A移动，使力臂AG＝BG（即水火箭的中点），这样A、B产生的力矩才会相同，达成平衡．但是如果前置填充物放得太多，重心偏前，造
成力臂AG＜BG，力矩A＜力矩B，则又会变成旋转的情形，而造成反效果．所以，由实验
的结果得知，填充物约65g为最好，而此时重心正好位于首尾中点．当然，这个质量是不
确定的，因水火箭的不同而异．
5.发射仰角的影响．
固定水量500ml水，前置填充物，使用有轨发射器．分别使用发射仰角35°、45°、55°、
65°、75°．比较发射仰角对水火箭发射距离的影响．
水火箭的斜发与斜抛有关，所以由理论可得发射仰角为45°时，飞行距离最长．但由发射的
结果得知：在发射仰角50°到55°之间（约为52°）时，可以达到最大的射程．当发射仰角
太小时，水火箭向上的分力不大，使爬升高度不大，且由于水火箭的重量受地球引力的牵引，使其容易落下，造成射程缩短．而当角度太大时，其向上分力虽大，但向前分力太小，以至
于射程太短，行成“射得高，但射不远”的情形．所以在水火箭的发射角度方面，须考虑向上
分力及向前分力适中、各种外界因素的影响以及发射仰角。
四、延伸制作：
1.于大型水火箭的制作：
熟悉了水火箭的基本制作后，可以尝试制作大型水火箭．由质量较轻的金属做成，提供
气压由气泵完成．
2.多级火箭的制作：
把几个水火箭绑在一起，由一个进气孔提供气压．同时喷出水柱，提高水火箭的飞行能力．
经过这半个多学期的探索、研究、实验我们初步地完成了水火箭研制工作，从中我们在许多方面有了提高．通过查找资料的方法，我们对火箭的发展历史，特别是我国火箭技术发展的历史，有了很深刻的认识．知道火箭是现代航天所必需的运载工具，我国是火箭技术的发源地，现在的运载技术已经达到了世界先进水平，成为当今世界的航天大国．我国对航天航空事业很关注，然而由于资金短缺以及技术的缺陷航天事业发展地很缓慢，但随着综合国力的强大，在与外国的合作下已发射了多枚“长征系列”的火箭，去年，我国又成功发射了“神州二号”、“神州三号”宇宙飞船，为将来开发宇宙打下坚固的基础．
水火箭的制作（单槽）：
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。 2 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。
3 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。
4 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。
5 炮头制作：
取一个3号软胶塞用小刀将其削尖且圆滑。
6 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。
7 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。
1制作方法简单：
可乐瓶子2个把其中一个横的切开，把切开的头部分粘在另一个尾部做水火箭的头，另一半做简易的发射架子。用硬卡纸或朔料片做4个火箭尾翼。剩下部分如图2就好了，简单吧，发射时架在另一半做的发射架上（架子底部开个口好把打气筒和火箭连接）打气就可以了。
篇五：如何使“水火箭”飞得更高
如何使
火箭”飞得更高
X高中高一年级 学生：安存昌
指导老师：侯国强
“水
如何使“水火箭”飞得更高
摘要：本文尝试利用中学生掌握的物理和数学知识，包括运动、力及方程和函数等，
对水火箭的运动进行分析，构建理想化模型并讨论水火箭的发射仰角，充水量，稳定性等对水火箭飞行高度的影响。通过实验和科学分析论述了如何能使水火箭达到最大飞行高度。
关键词：水火箭、抛体运动、飞行高度、充水量、稳定性 问题的提出
科技迅猛发展的今天，人们不再把目光局限于熟知的大地，高山和海洋，探索宇宙成了一个新的热点。随着神舟系列飞船和“嫦娥一号”成功升天，我国在实现千年飞天奔月的征途中阔步前进，一次次创造新的辉煌，也一次次在社会上掀起航天高潮。为了培养青少年的爱国热情，增强科学素养以及航空航天的基本原理，全国各高校和地区争先恐后地开展了一系列科普教育活动。而“水火箭”无疑是最受推崇的科技活动之一。
水火箭又称水推进火箭、气压式喷水火箭。顾名思义是利用箭内的水提供推动力的。水火箭大体由动力舱、箭头、尾翼组成。在发射时，先向动力舱内注入一些水，然后用打气筒或打气机向内充入空气。当动力舱内水面以上的气压增大到一定量时，便会推动水从喷水口急速喷出，反推水火箭向上飞行。
水火箭的结构和充水量直接决定了它的飞行高度和稳定性能，那么如何控制这些因素才能使水火箭飞得更高呢？
研究目的
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运载火箭、导弹的发射升空、收回的过程。并且可以解释牛顿第一、第二、第三定律，了解一些基本的空气动力学、流体力学和飞行力学等方面的知识。使广大青少年了解航天科技，热爱航天科技，为国家航空航天事业培养优秀人才。
建立物理模型
在水火箭的测试过程中，水火箭的最大飞行高度是测试的主要项目。分析可知：水火箭在假设不受空气阻力的情况下做斜抛运动，即它的运动轨迹是一条抛物线。
如图所示，水火箭的运动轨迹为一条曲线，我
们假设它的初速度为v0,则什么时候最大飞行高度 ymax最大。如图，把初速度v0分解为vx(即水平方 向的分速度)和vy(即竖直方向的分速度)，v0与水 Vy
平方向夹角为θ，飞行时间为t可知：
vy= v0*sinθ
根据物理学中抛体运动规律可知飞行高度y为
2
vyVx （水平位移）x y?
2g
由以上可知：
y?
v0sin?2g
22
飞行高度与发射角度的关系
正弦函数最大值为1，所以sin2θ的最大值也为1，由此可知水火箭的最大飞行高度，即
ymax?
v0
2
2g
此时sin2θ=1 得：θ=90o
也就是在理想状态下当发射仰角为90o时，水火箭的飞行高度达到最大。在实际发射中，水火箭要受到空气阻力的影响，但我们发现仍是当发射仰角为90o时，水火箭的飞行高度最大。
飞行高度与充水量的关系
水火箭利用水作为推进剂，那么水量的多少就显得尤为重要，若用太大的容器作动力舱装很多水，则充气气压很难达到要求。在容器容积一定时，水量越多，空气体积就越小，不仅使得充气困难，还使水火箭本身质量太大难以高飞。那么一定空间装多少水才合适呢？
由流体力学伯努利方程（p??gh?
?v02
2
?v02
2
?恒量）得：
p0??gh0?
?p??gh?
?v2
2
①
本式中，ρ为水的密度，v为动力舱内水面的下降速度，v0为瓶口处水的速度，h为水面的初始度度，h0为t0时刻水面的高度，P为舱内的初始压强，P0为t0时刻舱内的压强。
由流体的连续性原理 得：
v0s0=vs
②
本式中，s0瓶口处的内截面面积，s为动力舱（瓶身）的内截面面积。 当动力舱内的气体一定，忽略因压强改变对温度引起的细小变化时，则气体压强与体积成反比，即：
P0P?V?shV?s0h0
③
本式中，V为动力舱的容积。
因为s>>（远远大于）s0，所以v<<v0,故可忽略?v22一项，则
p0??gh0?
?v02
2
?p??gh ④
又因为发射过程动力舱内水面高度改变不是很大：h0?h?0 可知 v0?
2(p?p0)
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设整个装置在发射时质量为m，相对于地面的速度为v1,t时间后质量为m＇,相对于地面的速度为v1＇，并在此t时间内重力冲量不计，由动量守恒知：
mv1?(m?△m)(v1?△v1)?△m(v0?v1?△v1)
?
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本式中，△v1、△m分别为水火箭在t时间内的增量。 将上式展开为：
m△v1=v0△m
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并考虑方向：
m△v1=-v0△m 可得： v1?v0In
m1m2
m1m2
即： v1?
2p?p0?
In
由该式得出，增大初末质量之比和增大舱内气压都能提高初始速度。由于在增大气压方面还要考虑水火箭的强度和气筒的承受能力，几乎无丝毫效果。所以增大初末质量比是提高飞行高度的有效途径，即调整充水量增大初末质量比。
根据实际观测，水火箭在上升过程中并不总是竖直向上升，经常横着或侧着箭体上升。为提高水火箭的稳定性，就必须考虑空气阻力。首先要把水火箭的顶部做成尖的，以便气流的通过；在发射时，应使用铁架台（或三角架）把水火箭支住以便它能竖直升空。另外安装尾翼也是一项提高稳定性的重要措施，尾翼能帮助水火箭在空中飞行时保持竖直向上的状态。
实验检验
实验器材：
A组：1个500ml饮料瓶，铁架台（带铁圈），橡皮塞，气门芯，打气筒，刻度尺，500ml量筒；
B组：1个2000ml饮料瓶，铁架台（带铁圈），橡皮塞，气门芯，打气筒，刻度尺，1000ml量筒；
C组：1个2000ml饮料瓶，铁架台（带铁圈），橡皮塞，气门芯，打气筒，刻度尺，1000ml量筒，硬纸板一张，圆规，量角器，薄铁皮一块，铅笔，剪刀，强力胶；
D组：2个2000ml饮料瓶，铁架台（带铁圈），橡皮塞，气门芯，打气筒，刻度尺，1000ml量筒，硬纸板一张，圆规，量角器，薄铁皮一块，铅笔，剪刀，强力胶，电工胶带。
（本实验中所用饮料瓶均为可乐瓶）
实验制作
箭头的制作：
1. 先用圆规以一合适的半径（本实验为18.0cm）在硬纸板做一圆，用
量角器在圆上取一圆心角为1100的扇形，如图所示；
2. 用剪刀沿边缘剪下扇形； 3. 用强力胶把扇形纸板粘合成一纸锥，再把纸锥粘在饮料瓶瓶底。
尾翼的制作： 1. 先利用刻度尺和铅笔在薄铁皮上画出3
的梯形；
2. 用剪刀沿实线剪下梯形；
3.
角形垂直；
4. 三个尾翼粘在箭体上必须对称，成1200角。
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组实验动力舱的制作：
1. 分别用剪刀把2个2000ml饮料瓶按图示
2. 分别在图示（1）（2）瓶的剪口处涂上强力胶,把 两瓶粘在一起，并紧压使其更牢固，在接口处缠上电工胶带。
测量飞行高度的方法
（1） （2）
把发射场地选在两个建筑物旁，然后用卷尺在一建筑物上测量出距发射点竖直高度为1m、2m、3m、4m....的地方并做标记。在水火箭发射前，观测人员去另一建筑物上做好准备，待水火箭飞至最大高度时用目测的方法估计高度，然后记录数据。
实验步骤
1. 在发射地安置铁架台，并调好铁圈；