噴射小船模型的制作與研究

摘要:為了更加生動的了解作用力與反作用力、浮力等原理，做出噴射小船模型。本文詳細(xì)介紹了噴射小船的設(shè)計(jì)和制作。

關(guān)鍵字:小船;噴射;浮力;模型;

在物理課堂學(xué)習(xí)中，大家對于牛頓第三定律較多的都是理論的理解，并沒有實(shí)踐的應(yīng)用或分析，在講課中很難向?qū)W生傳授精髓，大家也不是很理解浮力和離心力，為了更清晰的向同學(xué)們展示這些力的相互作用和性質(zhì)，我們制作了這個(gè)模型。

一模型的結(jié)構(gòu)圖和尺寸:

圖一(噴射小船模型的結(jié)構(gòu)圖)

圖二(小船正面)

圖三(背面渦輪)

二實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑碚f明:

1.噴射船的行進(jìn)原理:

在小船的尾部有一塑料噴水管，在噴水管的頂部有兩個(gè)小孔，當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動時(shí)，帶動葉輪旋轉(zhuǎn)使水從噴射管的小孔中噴出，形成反作用力，從而向前行進(jìn)。

①葉輪的作用:葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生了離心力，離心力將葉輪內(nèi)的水向噴水管內(nèi)擠壓，使水從小孔噴出;同時(shí)葉輪內(nèi)形成一定的真空度，使得外界氣壓可以將水壓入葉輪，這和抽水機(jī)的工作原理是相同的。

②船體的作用:提供足夠的浮力來承載小船的重量，船的頭部做成三角狀可以減少阻力。

2.噴射船的漂浮原理:

噴射船能在水上漂浮而不是沉到水底是因?yàn)樗艿礁×Φ淖饔谩８×κ侵肝矬w在流體(包括液體和氣體)中，上下表面所受的壓力差。公元前245年，阿基米德發(fā)現(xiàn)了浮力原理。漂浮于流體表面或浸沒于流體之中的物體，受到各方流體靜壓力的向上合力。小船能在水上漂浮也是受到了水給它一個(gè)向上的浮力，這個(gè)浮力的大小和重力相等，方向和重力相反。

三制作方法及實(shí)物圖介紹

①結(jié)構(gòu):船體、葉輪蓋、葉輪、開關(guān)、噴水管、馬達(dá)、電池、導(dǎo)線

②制作:

1.用泡沫制作一個(gè)船體和船蓋，漆上油漆。

2.將馬達(dá)正極一端和開關(guān)中間金屬端用紅色導(dǎo)線連接起來，取另一條紅色導(dǎo)線，紅色導(dǎo)線兩端金屬端將開關(guān)左邊金屬端和正極彈片連接，取另一條黑色導(dǎo)線，黑色導(dǎo)線兩端金屬端將馬達(dá)負(fù)極一端和負(fù)極彈片連接

3.將馬達(dá)裝入船尾直至另一端的馬達(dá)軸露出，將葉輪對準(zhǔn)馬達(dá)軸壓入馬達(dá)軸。

4.將電池正、負(fù)極彈片分別裝入船體。將電池裝入，將葉輪蓋對準(zhǔn)葉輪裝好，然后把噴水管套在葉輪蓋上的圓形接口上。

四模型的使用說明:

1.將模型放置于水中，調(diào)節(jié)船身，使它處于水中邊緣位置。

2.打開開關(guān)，使渦輪產(chǎn)生離心力水柱噴出，使小船受到作用力與反作用力向前行駛，觀察船行駛方向。

3.改變噴水管的方向，分別觀察船只行駛改變的方向。可以發(fā)現(xiàn)，噴水管向左傾斜時(shí)，小船向右行駛;噴水管向右傾斜時(shí)，小船向左行駛。

五相關(guān)拓展知識

抽水機(jī)的工作原理:

抽水機(jī)按工作原理可以分為好幾類，如離心式，旋渦式，射流式等等，我們的噴射小船采取了和離心式抽水機(jī)相似的原理。

離心式的基本構(gòu)造是由六部分組成的，分別是:葉輪，泵體，泵軸，軸承，密封環(huán)，填料函。

抽水機(jī)在啟動前，先往泵殼內(nèi)灌水，排出泵殼內(nèi)的空氣，。當(dāng)起動后，葉輪在發(fā)動機(jī)的帶動下高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，泵殼里的水也隨著葉輪高速旋轉(zhuǎn)，被甩入出水管中。這時(shí)葉輪附近的壓強(qiáng)小于外界大氣壓，外界大氣壓就將底處的水壓進(jìn)泵殼，進(jìn)來的水又被葉輪甩入出水管，這樣一直循環(huán)下去，就能不斷地把水抽到高處.抽水機(jī)能吸水主要靠的是葉輪進(jìn)口形成真空，為此外殼和吸水管必須嚴(yán)格密封，不得漏氣，否則不能形成真空，將水吸上來。并且因?yàn)槿~輪進(jìn)口不能做到絕對真空，故而離心式抽水機(jī)吸水高度不能超過十米。此外山區(qū)特別是高山區(qū)氣壓低，安裝時(shí)高度不應(yīng)過高。

參考文獻(xiàn)

[1]漆安慎，杜禪英編，《力學(xué)》.高等教育出版社，2005年

[2]楊維紘編，《力學(xué)與理論力學(xué)》.科學(xué)出版社，2008年