资源简介 火箭模型的实践与探究——综合实践活动成果汇报课教案【整体活动背景】近年来,我国航天科技飞速发展,2013年12月“嫦娥三号”登月探测器成功着陆月球,2016年9月“天宫二号”空间实验室成功发射,并在轨运行,2016年10月“神舟十一号”载人飞船成功发射,且飞行时间长达33天,这些飞行器的发射都离不开火箭。航天科技的最新发展,使得学生对火箭技术产生了强烈的兴趣,迫切的想了解火箭的结构和运行原理,为了满足学生的这种愿望,特设计本综合实践活动方案。【整体活动目标】知识与技能:1.了解火箭的发展史及认识常见的火箭模型。2.熟悉火箭模型的零部件,掌握火箭模型的拼装流程。3.理解火箭各部件的设计原理及火箭运行的原理。4.掌握火箭模型的发射过程。5.掌握自制纸火箭的步骤。过程与方法:1.经历网络查阅火箭发展历史的过程,锻炼信息的搜集、整理能力。2.经历火箭模型的拼装过程,发展看图能力、动手能力。3.经历火箭模型的探究过程,掌握基本的科技探究方法,提高发现问题、解决问题的能力。4.经历火箭模型的发射过程,掌握火箭模型的发射方法。5.通过纸火箭的制作过程,锻炼学生的动手能力和创新能力。重难点:1.体验动手的艰辛与曲折,感受最终成功的喜悦。2.培养对科学技术的兴趣,树立在科技方面的创新意识。3.培养学生小组合作、交流的习惯,养成顽强的科学精神。【本节课活动内容】本节课进行本综合实践活动成果汇报。【本节课活动目标】1.通过成果展示和交流,促进学生进一步合作学习,达到经验和智慧的分享。2.通过交流互动,使学生学会倾听,学会发现,学会提问,培养学生深入探究问题的能力。3.通过成果展示和交流,培养和发展学生的展示、表达和交流能力,变得更加自信。【活动准备】幻灯片、展示道具等。【活动过程预案】一、课题组长介绍本课题的基本情况火箭模型是同学们非常感兴趣的一种科技模型,仅仅套材火箭的拼装已经不能满足同学们的求知欲,所以本课题组将开展综合实践活动“火箭模型的是实践与探究”,对火箭模型进行深入的学习。课题组长是黄雅婷,职责是安排任务、督促进度、收集资料。为了更深入的开展活动,分为三个子课题。子课题1:探寻火箭的发展史负责人:黄雅婷;子课题2:探究火箭模型的结构与发射原理负责人:王芷萱;子课题3:设计并制作纸火箭模型负责人:方天辰。二、子课题1负责人介绍本子课题的研究情况及成果(1)活动方式主要包括网络查询、互动交流、小组讨论等,(2)介绍火箭产生于中国火箭是历史悠久的投射武器,中国古代的火箭就是现在火箭的鼻祖。早在宋理宗绍定5年(约公元1232年)宋军保卫汴京时便已用来对抗元军,后来火箭技术经由阿拉伯人传至欧洲。(3)介绍古代火箭1.弓火药箭是最早的火药火箭出现在北宋初年,它已有箭头、箭杆、箭羽和火药筒四大基本部分。分别对应现代火箭的、战斗部、箭体结构、稳定系统、推进系统。2.百虎齐奔是多管火箭,它是古代的喀秋莎火箭炮,发射器中带有多发火箭弹。实行多发齐射,增加射击密度,迄今仍是提高无控火箭杀伤威力的基本途径。3.神火飞鸦是最早的并联有翼火箭。4.火龙出水是最早的二级火箭。5.飞空砂筒史最早的自动返回火箭。6.大明史嘉靖年间,万户进行最早的火箭载人升空试验,成为载人飞行先驱,现在月球和火星均有以其名字命名的环形山。(4)介绍现代火箭1.现代火箭的奠基人是齐奥尔科夫斯基,它在1903年发表了世界上第一部喷气运动理论著作《利用喷气工具研究宇宙空间》,提出了液体推进剂火箭的构思和原理图。2.1923年赫尔曼·奥伯特发表了经典著作《飞往星际空间的火箭》(TheRocketintointerplanetory),第一次用数学阐明了火箭如何获得脱离地球引力的速度(1929年经过修改和充实改名《通向航天之路》),对早期火箭技术的发展有较大影响。3.1926年3月16日,罗伯特·高达德在美国马萨诸塞州奥本镇发射了世界第一枚现代火箭,它是液态燃料火箭。4.1931至1937年,格鲁什科ValentinGlushko在列宁格勒的气体动力实验室进行了最大规模的火箭引擎设计。在充足的资金和良好的人员经营下,他领导制出100枚实验性火箭。这项工程包含了再生冷却,自燃点火以及包括旋转及双推进混合设计的喷油器。5.1936-1944年德国冯·布劳恩带领科研小组研制出第一种实用火箭V2系列火箭。(5)介绍现代火箭的用途现代火箭有两种的用途一是导弹,二是运载火箭。1.导弹的介绍(1)导弹按射程可分为:洲际导弹、远程导弹、中程导弹和近程导弹。按飞行方式可分:为弹道导弹和巡航导弹;按用途分为地地、地空、舰地、舰空、舰舰、空第、空空、空舰、潜地、潜舰。(2)中国有名的导弹有:红旗系列导弹、东风系列导弹、鹰击系列导弹、巨浪系列导弹.(3)美国有名的导弹有:标准系列导弹、三叉戟系列导弹、战斧系列导弹、民兵系列导弹.(4)俄罗斯有名的导弹有:白杨系列导弹、R系列导弹、山毛榉系列导弹、S系列导弹.(5)印度有名的导弹有:烈火系列2.运载火箭的介绍(1)著名的运载火箭中国:“长征”系列。苏联:“东方号”系列火箭、“安加拉”系列火箭、“能源号”系列运载火箭、“质子号”系列运载火箭、“联盟号”系列运载火箭。美国:“大力神”系列运载火箭、“德尔塔”系列运载火箭、“雷神”系列运载火箭、“宇宙神”系列运载火箭、“土星”系列运载火箭。欧洲:“阿里安”系列。日本:“H”系列运载。(2)世界各国大推力火箭中国:长征五号运载火箭起飞质量约620~850吨,近地轨道运载能力10~25吨。欧洲:阿里安5运载火箭、起飞质量240~470吨、近地轨道运载能力7~11t。日本:H2B运载火箭、起飞重量531吨、近地轨道运载能力8吨。俄罗斯:安加拉运载火箭起飞重量759吨,起飞推力约1372吨,近地轨道运载能力24.5吨。美国:战神I-X运载火箭,起飞重量816吨,起飞推力1360吨,近地轨道运载能力25吨。俄罗斯:能源号运载火箭,起飞质量约2400吨,起飞推力3500吨,近地轨道运载能力108吨,1988年最后一次发射。美国:土星5号运载火箭,起飞重量3038吨,起飞推力3408吨,近地轨道运载能力118吨,1973年最后一次发射。三、子课题2负责人介绍本子课题的研究情况及成果(1)介绍主要活动方式主要包括网络查询、实物研究、互动交流、小组讨论等,(2)介绍研究载体我们以“东风一号”火箭模型为例进行研究,它的零部件有:头锥、导向管、箭体、尾管、尾翼、降落伞、卡钩、伞绳等。(3)介绍火箭模型的原理1.为什么火箭能飞呢?力作用在物体上会产生加速度,持续一定时间,物体就有了速度的增加量。一个物体在内力的作用下分成两个部分,一部分在内力的作用下向某个方向有速度的增加量,则另一部分则必然向相反的方向有速度的增加量,这个现象叫做反冲运动,用公式描述为:M1V1=M2V2。大家请看利用灭火器动力的气体反冲运动视频火箭就是利用气体做反冲运动而上升的。当火箭发动机被点燃后,它瞬间产生高温高压气体,这些气体告诉向后喷出,根据反冲运动原理,火箭的箭体就获得向前的速度。为什么火箭的头锥是尖的?物体在空气中运动受到的阻力,与物体运动速度的大小有密切关系:物体的速度低于200米/秒时,可认为阻力与物体速度大小的平方成正比;速度达到400~600米/秒时,空气阻力和速度大小的三次方成正比;在速度很大的情况下,阻力与速度大小的高次方成正比。而火箭的速度是非常快的,所以火箭的阻力是非常大的。这时前段越尖破空能力就越强,可以有效的减小它们在飞行中空气带来的阻力。2.火箭的尾翼除了让火箭能站立例外还有什么作用呢?尾翼是火箭的主要稳定系统。它在飞行中气动力的作用下,使箭体压力中心后移,产生一利,稳定力矩,避免箭体翻滚,从而保证箭体按发射轨所初导的方向飞行。3.火箭模型的发动机是怎样工作的?火箭火箭发动机有两次点火过程。(1)第一次点火工作。点火后推进剂燃烧,瞬间产生大量高压气体,向后喷射过程中,火箭升空。(2)火药第二次点火工作。火药第一阶段燃烧完成,火箭上升到一定高度,这时延时剂燃烧,不产生推力,然后火箭第二次点火,弹射剂燃烧,向火箭内部喷出大量气体,火箭头锥被喷出,头锥把降落伞带出。4.火箭模型的降落伞起什么作用?降落伞打开后产生很大的空气阻力,有效的降低火箭模型的下降速度,避免砸伤人员和避免砸坏器材。5.火箭发动机的点火头如何工作的?模型火箭发动机使用的点火装置,实际上是一个电点火头,由导线、电阻丝、热敏火药组成。电点火头通常经过喷管插入推进剂药柱内孔中,当按动点火按钮时,整个点火电路瞬间的电流很大,电阻丝短时间被加热到点燃热敏火药的温度。请看点火头的工作视频。四、子课题3负责人介绍本子课题的研究情况及成果(1)介绍主要活动方式主要包括自主设计、互动交流、动手操作(2)介绍纸纸火箭的制作过程。1.制作工具及材料直径2.2cm的薄钢管、固体胶、A4纸、物理实验室打点计时器用的纸带、液体胶水、双面胶、硬卡纸、透明胶带、28cm35cm的保鲜袋2.零部件制作过程(1)制作箭体用A4纸绕着薄壁钢管卷,边卷边用固体胶涂,要保证边缘整齐,每一个箭体卷三张纸。请看实物演示(2)制作头锥A.准备宽度为的物理实验室打点计时器用的纸带卷4根,纸带长80cm,宽1.6cm;B.把纸带实心卷起来,卷到直径为2.2cm的时候停止,用固体胶固定尾部;C.用套材火箭的头锥顶住上面纸卷的中心,然后缓慢用力推出头锥的形状;请看实物展示(3)制作尾翼设计机翼形状尺寸。先根据“东风一号”的尾翼实物,画出大致图形,然后出于方便制作的考虑进行简化,最后得到设计图样;A.因为尾翼和箭体要有1cm连接的边缘,所以硬卡纸上要画出5.5cm7cm的矩形,然后用直尺、美工刀、垫板切割;B.对折卡纸,然后用两把钢直尺折出尾翼和箭体的粘接边缘,再用双面胶把主体部分粘合起来,C.按照图样尺寸在对折好的卡纸上画出右上角和左下角的斜线,然后用剪刀减掉两个多余的角,这样一片尾翼就做好了;D.用同样的方法做出另外两片尾翼;请看实物展示(4)制作降落伞A.把50cm29cm的保鲜袋拆开,得到4858的矩形薄膜一张;B.把矩形薄膜两次对折,然后四次对折原矩形几何中心O为顶点的那个直角;用剪刀在离顶点24cm的地方剪断,摊开,就可以得到半径为24cm圆形薄膜,然后用记号笔均匀取六个伞绳连接点;C.用制作“东风一号”降落伞的方法制作纸火箭的降落伞。请看实物演示(5)制作导向管截取一段长度为3cm直径为4mm的塑料吸管作为导向管,安装在箭体中部,对齐纸张边缘,以确保导向管与箭体轴线平行。(6)制作花泥活塞花泥既不能太近也不能太松,请看实物演示(3)纸火箭的拼装1.安装模型火箭发动机发动机的直径比纸筒箭体要小一些,所以要在发动机外面卷几层纸。要通过尝试才能让让发动机恰好赛进去(把一张A4纸纵向切割成四份刚刚好,最后一张纸切割成梯形再卷),使之与箭体既不太紧又不太松,发动机末端与箭体尾端平齐,最后用快干胶粘合起来,防止发动机在空中脱落。2.安装尾翼把制作好的三个尾翼各成120°用双面胶粘接在箭体尾端上,保证尾翼的翼面与箭体轴线平行,安装好后火箭能竖直放置。(1)把三个尾翼贴上双面胶,第一片尾翼要沿着箭体上的纸张边缝黏贴;(2)沿着第一片尾翼的上端用纸带卷出一个纸带环,这样可以让余下的两片尾翼上端高度相同,用笔标记出剩下两片尾翼在圆周上的大概位置;(3)黏上另外两片尾翼,检查无误后用快干胶加固。3.安装导线管竖直安装在箭体中部且所在竖直线在两片尾翼中间位置。4.连接降落伞(1)纸火箭的头锥没有堵盖,所以先把弹性绳和伞绳连接起来,并把与伞绳连接的那一端与两端段医用胶带横向连接起来,并用订书机订起来,然后把医用胶带黏贴在头锥内部,并快干胶加固;(2)用订书机把弹性绳的另一端和医用胶带纵向连接起来,然后将胶布粘接在箭体内壁,距箭体出口3cm处,用铅笔或细棒用力压紧。5.合拢头锥拢头锥完成纸火箭的制作。由于纸火箭的强度和韧性都弱于套材,所以所有操作都要动作轻柔。(4)火箭的发射1.发射过程需准备发射架和点火器;2.然后安装火箭,拨出点火器的报销后,安装火箭;3.最后在所有人员撤离到安全距离后,按动点火开关。请看发射视频五、课题负责人总结通过这次活动,整体课题小组的成员都觉得很有收获,我们掌握了文献检索法、体验了科学探究过程、经历了设计与制作过程,这些都是我们再传统课堂中无法获得的。O 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