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。本文詳細介紹了噴射小船的設計和制作。

關鍵字:小船;噴射;浮力;模型;

在物理課堂學習中，大家對于牛頓第三定律較多的都是理論的理解，并沒有實踐的應用或分析，在講課中很難向學生傳授精髓，大家也不是很理解浮力和離心力，為了更清晰的向同學們展示這些力的相互作用和性質，我們制作了這個模型。

一模型的結構圖和尺寸:

圖一(噴射小船模型的結構圖)

圖二(小船正面)

圖三(背面渦輪)

二實驗模型的原理說明:

1.噴射船的行進原理:

在小船的尾部有一塑料噴水管，在噴水管的頂部有兩個小孔，當馬達轉動時，帶動葉輪旋轉使水從噴射管的小孔中噴出，形成反作用力，從而向前行進。

①葉輪的作用:葉輪旋轉時產生了離心力，離心力將葉輪內的水向噴水管內擠壓，使水從小孔噴出;同時葉輪內形成一定的真空度，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為它受到浮力的作用。浮力是指物體在流體(包括液體和氣體)中，上下表面所受的壓力差。公元前245年，阿基米德發現了浮力原理。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向上的浮力，這個浮力的大小和重力相等，方向和重力相反。

三制作方法及實物圖介紹

①結構:船體、葉輪蓋、葉輪、開關、噴水管、馬達、電池、導線

②制作:

1.用泡沫制作一個船體和船蓋，漆上油漆。

2.將馬達正極一端和開關中間金屬端用紅色導線連接起來，取另一條紅色導線，紅色導線兩端金屬端將開關左邊金屬端和正極彈片連接，取另一條黑色導線，黑色導線兩端金屬端將馬達負極一端和負極彈片連接

3.將馬達裝入船尾直至另一端的馬達軸露出，將葉輪對準馬達軸壓入馬達軸。

4.將電池正、負極彈片分別裝入船體。將電池裝入，將葉輪蓋對準葉輪裝好，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，調節船身，使它處于水中邊緣位置。

2.打開開關，使渦輪產生離心力水柱噴出，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。可以發現，噴水管向左傾斜時，小船向右行駛;噴水管向右傾斜時，小船向左行駛。

五相關拓展知識

抽水機的工作原理:

抽水機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相似的原理。

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

抽水機在啟動前，先往泵殼內灌水，排出泵殼內的空氣，。當起動后，葉輪在發動機的帶動下高速旋轉產生離心力，泵殼里的水也隨著葉輪高速旋轉，被甩入出水管中。這時葉輪附近的壓強小于外界大氣壓，外界大氣壓就將底處的水壓進泵殼，進來的水又被葉輪甩入出水管，這樣一直循環下去，就能不斷地把水抽到高處.抽水機能吸水主要靠的是葉輪進口形成真空，為此外殼和吸水管必須嚴格密封，不得漏氣，否則不能形成真空，將水吸上來。并且因為葉輪進口不能做到絕對真空，故而離心式抽水機吸水高度不能超過十米。此外山區特別是高山區氣壓低，安裝時高度不應過高。

參考文獻

[1]漆安慎，杜禪英編，《力學》.高等教育出版社，2005年

[2]楊維紘編，《力學與理論力學》.科學出版社，2008年