【韬】让吸管火箭飞得更远 ——影响吸管火箭射程因素的探究

韬

火箭

吸管

实验

射程

发射

厘米

机体

尾翼

机翼

打印纸

一、研究原因
　　火箭上天承载着人类的梦想，我们小朋友经常做纸飞机、吸管火箭来满足探索的梦想。我发现不同小朋友做的吸管火箭有些飞得特别远，有的飞不远。我想，是不是跟吸管火箭的纸质重量，尾翼的形状数量、发射的角度有关，我想通过实验来探究一下，吸管火箭的射程与哪些因素有关，怎样才能让吸管火箭发射更远。

二、研究过程

（一）实验准备

1.实验器材

纸（打印纸、卡纸、宣纸）、吸管、双面胶、透明胶、卷尺、直尺、量角器、电子秤、相机等。

2.对照组的设定
　　以下每个小组实验都有一个对照组的吸管火箭制作方法，即按《厨房的实验室》书中介绍的制作方法，用打印纸剪出5厘米宽，21厘米长的长方形作为火箭主体。

3.吸管火箭最远射程
　　在实验中发现，用打印纸，剪21厘米长，5厘米宽的长方形，卷成直径为0.6厘米的机体，剪3个梯形作机翼，采取45°角度发射，记录吸管火箭最远射程为306厘米。

（二）实验一、纸质重量对吸管火箭射程的影响
1.实验目的：研究纸质重量对吸管火箭射程的影响
2.实验步骤：
（1）根据表1的方法，在其他材料不变的情况下，分别用打印纸、卡纸、宣纸剪5厘米宽、21厘米长的长方形作为火箭主体。
（2）长方形纸条卷在吸管外，用胶带粘好，固定形状。
（3）把纸火箭从吸管上取下来，将一头折叠作为火箭头。
（4）从纸上剪几个梯形做尾翼，把它们粘在火箭末端，尾翼粘成直角或近似直角时效果最好。
（5）把三个纸火箭逐一套在吸管上，大力吹一口气，用呼吸的力量发射火箭。
（6）火箭发射后，观察记录火箭飞行情况及射程。为取得相对精确的射程数据，每种纸火箭发射5次，取平均值。
3.实验结果：
　　实验结果见表2和图4。

4.结果分析：

　　卡纸做的吸管火箭比打印纸、宣纸做的吸管火箭重量重，它的射程是最短的，由此可见火箭的自身的重量会影响火箭的射程。宣纸做的火箭虽然重量最轻，但因为宣纸纸质较软，且表面不光滑，也会影响火箭的射程。所以重量适中、纸面光滑的打印纸被选作为对照组。

（三）实验二、纸火箭机体长短对吸管火箭射程的影响
1.实验目的：研究纸火箭机体长短对吸管火箭射程的影响
2.实验步骤：
（1）根据表1的方法，在其他材料不变情况下，用打印纸剪宽5厘米，长分别为21厘米、25厘米、17厘米的长方形作为火箭主体。
（2）长方形纸条卷在吸管外，用胶带粘好，固定形状。
（3）把纸火箭从吸管上取下来，将一头折叠作为火箭头。
（4）从纸上剪几个梯形做尾翼，把它们粘在火箭末端，尾翼粘成直角或近似直角时效果最好。
（5）把三个纸火箭逐一套在吸管上，大力吹一口气，用呼吸的力量发射火箭
（6）火箭发射后，观察记录火箭飞行情况及射程。为取得相对精确的射程数据，每种纸火箭发射5次，取平均值。
3.实验结果：
　　实验结果见表3和图5。

4.结果分析：

　　空气是阻碍纸火箭飞行的阻力。较长的纸火箭因机体长度长，相应空气阻力也大；较短的纸火箭因为机体相对短，相应的空气阻力较小，所以飞得更远。如果机体过短，纸火箭重心相对不稳，会影响射程。

（四）实验三、纸火箭机体直径粗细对吸管火箭射程的影响
1.实验目的：研究纸火箭机体直径粗细对吸管火箭射程的影响
2.实验步骤：
（1）根据表1的方法，在其他材料不变情况下，用打印纸剪三个5厘米宽、21厘米长的长方形作为火箭主体。
（2）将长方形纸条卷分别在直径为0.9厘米、1.2厘米、0.6厘米的吸管外，用胶带粘好，固定形状。
（3）把纸火箭从吸管上取下来，将一头折叠作为火箭头。
（4）从纸上剪几个梯形做尾翼，把它们粘在火箭末端，尾翼粘成直角或近似直角时效果最好。
（5）把三个纸火箭逐一套在吸管上，大力吹一口气，用呼吸的力量发射火箭
（6）火箭发射后，观察记录火箭飞行情况及射程。为取得相对精确的射程数据，每种纸火箭发射5次，取平均值。
3.实验结果：
实验结果见表4和图6

4.结果分析：

　　纸火箭机体直径越细，受阻面积越小，飞得越远，而机体直径越粗，受阻面积越大，飞得较近。

（五）实验四、纸火箭机翼形状对吸管火箭射程的影响
1.实验目的：研究纸火箭机体机翼形状对吸管火箭射程的影响
2.实验步骤：
（1）根据表1的方法，在其他材料不变情况下，用打印纸剪三个5厘米宽、21厘米长的长方形作为火箭主体。
（2）长方形纸条卷在吸管外，用胶带粘好，固定形状。
（3）把纸火箭从吸管上取下来，将一头折叠作为火箭头。
（4）从纸上各剪三个梯形、菱形、三角形做尾翼，把它们粘在火箭末端，尾翼粘成直角或近似直角时效果最好。
（5）把纸火箭套在吸管上，大力吹一口气，用呼吸的力量发射火箭
（6）火箭发射后，观察记录火箭飞行情况及射程。为取得相对精确的射程数据，每种纸火箭发射5次，取平均值。
3.实验结果：
　　实验结果见表5和图7

4.结果分析：
　　纸火箭机翼的形状对吸管火箭飞行距离的影响并不明显，梯形机翼和三角形机翼的飞行距离基本相近，菱形机翼跟机体之间多了一个凹糟，使纸火箭在飞行时阻力变大，射程变短。

（六）实验五、纸火箭机翼数量对吸管火箭射程的影响

1.实验目的：研究纸机翼数量对吸管火箭射程的影响

2.实验步骤：

（1）根据表1的方法，在其他材料不变情况下，分用打印纸剪5厘米宽、21厘米长的长方形作为火箭主体。

（2）长方形纸条卷在吸管外，用胶带粘好，固定形状。

（3）把纸火箭从吸管上取下来，将一头折叠作为火箭头。

（4）从纸上剪几个梯形做尾翼，把它们粘在火箭末端，对照组机体粘三个尾翼，实验组1粘一个尾翼，实验组2粘五个尾翼。尾翼粘成直角或近似直角时效果最好。

（5）把纸火箭套在吸管上，大力吹一口气，用呼吸的力量发射火箭

（6）火箭发射后，观察记录火箭飞行情况及射程。为取得相对精确的射程数据，每种纸火箭发射5次，取平均值。

3.实验结果：

实验结果见表6和图8

4.结果分析：

　　尾翼的作用是为了保持吸管火箭平稳飞行。一翼的吸管火箭飞行平衡性较差，所以飞不远，五翼的吸管火箭因为机翼多所以重量重且摩擦力大，较难飞远。

（七）实验六、发射的角度对吸管火箭射程的影响
1.实验目的：研究发射的角度对吸管火箭射程的影响
2.实验步骤：
（1）根据表1的方法，在其他材料不变情况下，用打印纸剪宽5厘米，长分21厘米、25厘米的长方形作为火箭主体。
（2）长方形纸条卷在吸管外，用胶带粘好，固定形状。
（3）把纸火箭从吸管上取下来，将一头折叠作为火箭头。
（4）从纸上剪几个梯形做尾翼，把它们粘在火箭末端，尾翼粘成直角或近似直角时效果最好。
（5）把纸火箭套在吸管上，分别以水平、15°、30°、45°、60°的角度大力吹一口气，用呼吸的力量发射火箭
（6）火箭发射后，观察记录火箭飞行情况及射程。为取得相对精确的射程数据，每种纸火箭发射5次，取平均值。
3.实验结果：
　　实验结果见表7和图9

4.结果分析：
　　发射角度吸管火箭的飞行轨迹是较大影响。水平发射给吸管火箭一个反作用力，能让吸管火箭飞得更平稳也更远一些。从15°到30°，再到45°，因为发射角度不断增大，纸火箭在空中飞行的时间变长，所以飞行距离更远。而到达60°的发射角度，纸飞机所受的反作用力主要是向上的，向前的力较少，所以飞行距离就比较近。

（八）实验七、探究吸管火箭最远射程的较优方案

1.实验目的：

鉴于前面系列实验，尤其实验三直径为0.6厘米的纸火箭出现301厘米的射程，以及实验六以45°发射角度的吸管平均射程为244.6厘米，所以本实验采取机体直径为0.6厘米，发射角度为45°，探究吸管火箭的最远射程到底有多远。

2.实验步骤：

（1）根据表1的方法，在其他材料不变情况下，用打印纸剪宽5厘米，长分21厘米、25厘米的长方形作为火箭主体。

（2）长方形纸条卷在直径0.6的吸管外，用胶带粘好，固定形状。

（3）把纸火箭从吸管上取下来，将一头折叠作为火箭头。

（4）从纸上剪几个梯形做尾翼，把它们粘在火箭末端，尾翼粘成直角或近似直角时效果最好。

（5）把纸火箭套在吸管上，分别以水平、45°的角度大力吹一口气，用呼吸的力量发射火箭

（6）火箭发射后，观察记录火箭飞行情况及射程。为取得相对精确的射程数据，每种纸火箭发射5次，取平均值。

3.实验结果：

　　实验结果见表8和图10。

4.结果分析：

机体直径为0.6厘米，因为机体直径较细，所受的阻力相对小，无论是水平发射还是45°发射，最远射程都可以达到3米多。45°发射的射程总体比水平发射的射程远，所以45°发射较易达到最远射程。

三、研究结论
1.纸质重量影响吸管火箭的射程，纸质越轻，飞得越远，但纸质如果太软，也会影响飞行距离。
2.较长的纸火箭因机体较长，相应空气阻力更大；反之，阻力变小，飞得更远。但因机体较短，纸火箭重心相对不稳，会影响射程。
　　3.纸火箭机体直径越细，受阻面积越小，飞得越远；机体直径越粗，受阻面积越大，飞得越近。
　　4．吸管火箭机翼形状跟纸飞机机翼原理相似，用三角形和梯形机翼受到空气阻力较小，而菱形机翼与机身形成新的角度，空气阻力变大，所以飞得不愿。
　　5．尾翼有助于纸火箭在飞行时保持平稳。一翼纸火箭因机翼少，平衡性不够；而五翼纸火箭机翼多的同时，重量也增加了，所以飞不远。三翼纸火箭平衡性和机体重量适中，飞得较远。
　　6.发射角度对吸管火箭影响较大。水平发射是吸管火箭受力全部向前，所以飞得比较远。改变发射角度，15°到30°，再到45°，吸管火箭的力由向前变为向上、向前的力，因为发射角度不断增大，纸火箭在空中飞行的时间变长，所以飞行距离更远。而到达60°的发射角度，纸飞机主要是向上增多，向前的力减少，所以飞行距离就比较近。
　　7.纵观所有实验，对射程影响较大的是吸管火箭的重量、机体粗细、机翼数量和发射角度等。

四、进一步研究
　　关于这个课题我还想继续研究以下几个问题：
　　1.我在做吸管火箭实验时，一为了便利，二为减少外界条件的干扰，较大程度地保证数据准确性，我选择了在室内无风环境下完成。如果在室外，晴天有风，吸管火箭肯定会飞得更高。
　　2.实验中，机翼基本是平展的，如果让机翼有一定的弧度，比如像螺旋桨那会怎么样。
　　3.我们看到的火箭机体都是圆形的，假设火箭的机体是正方形、三角形，结果会有什么不同呢。

五、收获与体会
　　通过这次实验探究，我收获了许多。这个实验探索了吸管火箭飞行的奥秘，使我了解了纸火箭机体重量、机体粗细、机翼形状数量和发射角度对吸管火箭射程的影响，也懂得了一些空气阻力和飞行距离关系的知识。在实验中有时因为呼吸没控制好，导致火箭飞太远或太近，我只好不断调整，直到获取有用的数据为止。有时火箭裂了条缝，让数据变得不精确，我立刻用双面胶重新贴好。总之，在实验过程中的小意外层出不穷，但我没有气馁，也没放弃。
　　对于这次实验，我觉得不足的是，由于种种条件限制，我并未得出怎样的吸管火箭才能飞得最远，所以我还没能做出最完美的吸管火箭。尽管如此，我相信我的实验探索是有意义的。我做的吸管火箭比以往的吸管飞得更远，我也得出一些有一定价值的实验结论。
　　这次实验更让我感受到了科学领域的无边无际，充满神奇！小小的吸管火箭里竟藏着这么多的知识，让我知道科学不仅无处不在，并且奥秘无穷。就等着我们这些小小的科学迷一起去探索。

六、部分实验操作图片及视频