吴礼晨

摘要：水火箭发射是常见的高中物理课外活动。本文介绍水火箭的制作过程，利用Tracker视频分析软件探究水火箭体积与发射高度的关系。

关键词：水火箭;发射高度;Tracker

1 引言

水火箭是利用废弃塑料瓶为材料，基于物理学中反冲原理，利用质量比和气压作用而设计的飞行器。是中学物理中重要的时间活动案例之一[1]。水火箭的制作与发射具有寓教于乐的作用，深受广大中学生的喜爱，通过活动，学生可以了解基本的空气动力学知识，培养学生动手能力，激发学生科学探索的热情，树立对航天科技的热爱。传统水火箭活动侧重于制作和发射。本次研究，主要探究水火箭体积与发射高度的关系。在探究中，感知科学研究过程，提高团结协作的精神，培养乐于探究的能力。

2 实验准备

2.1 组装水火箭

水火箭活动受到广大学校的欢迎，实验器材在很多学校都已普及。本次研究过程利用学校科技文化艺术节水火箭发射后剩余材料，进行组装。

（1）喷水嘴安装

（2）平衡翼安装

（3）整流罩安装

2.2 發射架改进

成品化的发射架，发射方向可以调节，利用刹车把作为发射开关，但发射时水火箭不稳定，发射时瓶内气压无法测量。为克服这一问题，在支架上打孔，安装4根导轨，稳定火箭发射。在气管上安装压力表，便于测量发射时瓶内气压。

2.3 水火箭发射

（1）将组装好的水火箭注入一定体积的水（滴入红墨水，便于视频处理时追踪），确保喷嘴安装正常，密封完好;

（2）把水火箭安装到发射架上，链接打气筒，向水火箭内打气;

（3）调整发射架发射角度，确保周围无人群;

（4）待气压到一定值后，紧握刹车把，发射火箭。

3 高度测量

在水火箭的发射活动中，我们发现了许多值得探究的问题，比如水火箭的高度问题。但是高度的测量，如果用肉眼观察，测量的数据不精准。为了解决这一问题，利用Tracker视频分析软件，测量高度。

Tracker软件，可以根据录制的运动视频片段，跟踪研究对象的运动轨迹，不仅能测量高度，还能通过数据分析研究对象的物理规律。该软件在运动学、动力学的研究中具有广泛的运用。

3.1 视频录制

视频录制时需要注意：将录像机固定在三脚架上，保持合适的距离，保证视频画面能完整记录物体运动，尽量使录像机镜头与拍摄画面垂直。为了接下来的视频处理，要设置一个长度标尺，保证背景与拍摄物有较大背景色差，记录前，应打板本次测量信息。

3.2 视频导入

启动软件，将视频拖入或点击“视频→导入”加载视频，视频格式可以是mov、avi、mp4、flv、wmv或者是动画式的gif以及一系列的jpg、png。

3.3 建立坐标

点击菜单“轨迹”“轴”“显示”可以显示参考系。鼠标左键按住坐标原点不放可以移动坐标原点到指定位置，可以左键点击坐标轴上任一点旋转坐标轴，建立好坐标系之后，右键点击中心方框，勾选“锁定”选项，可以防止误操作一定坐标系。下一步，选择标准长度，点击下拉箭头，新建定标杆，会出现，将定标杆两端用鼠标拉到视频中某一标准长度的中间，如图中窗子的宽度或长度已知，可以点击定标杆上的数字进行改动。同样，定标杆也可以锁定。点击下方视频播放按钮，可以开始播放影片，在影片合适位置，右键点击进度条可以选择需要处理视频的起始位置和结束位置，也可以右键选择“视频剪辑设定”在弹出的对话框中直接输入设定值，比如：起始帧，结束帧等，此时可以在播放进度条上看到两个上三角形，分别表示起始时间与终止时间。

3.4追踪对象

选择菜单“轨迹”“新建”“质点”，会出现质点控制选项、运动图和数据表，点击质量A，自动追踪，鼠标变成圈圈，可以用来圈选被追踪的物体，可以利用圆圈右下方的正方形调整形状与大小，使其包含物体的边缘，要具有较高的对比和确切的形状。

鼠标变成红色十字，移动红色十字到物体的中心，设定好按下一个，可以调节对话框中的数字改变识别程度，一般使用预设值即可。

自动识别有问题的话，可以用鼠标移动点上的十字到正確位置。数值与圆点会自动跟着变动，确定所有的点无误的话就可以点结束。

3.5测量高度

数据的处理可以用自带的分析工具，也可以将数据导出使用其他的软件处理。

4 科学探究

4.1 实验步骤

①选择3个体积不同，形状相同的水火箭，

②分别在3个水火箭注入250ml的水，保持发射架垂直，气压都设定为2.5MPa，分别进行发射，

③录制发射视频

④用Tracker软件分析

4.2数据整理及分析

由表1可知，在保证发射角度、箭体内水量和发射气压相同的情况下，箭体体积越小，水火箭发射的高度越大。水火箭体积较小，质量也较小，小，获得的最大发射速度大。实验还发现，大水火箭运行时不稳定，原因是箭体内水导致重心更偏下。

5 结束语

影响水火箭发射高度的因素还有发射角度、箭体内水量和发射气压等。实验中还发现，水火箭重心、外型对发射高度也有影响。因为器材有限，对以上因素未能深入研究是文的不足之一;再有不足是实验时，周围环境对实验结果存在影响，本次探究活动中未能采用多次测量求取平均值来减小影响。

核心素养的培养不仅是知识的习得与记忆，还有在物理知识的学习中，掌握运用知识处理问题的本领。课外实验是对课堂实验的补充和延伸，也是运用物理知识解决实际问题的有效途径。课外实验以其贴近生活实际，形式丰富多彩，趣味十足，深受学生的喜爱[2]。结合信息技术手段，开展课外实验有助于学生开拓视野，培养科学思维，对提高学生探究能力、动手能力、分析解决问题能力有重要作用。

参考文献：

[1]方红霞.关于水火箭水平射程的实验探究[J].物理实验，2011，31（12）：17-19.

[2]梁上燕. 开放式实验教学类型新探[J]. 兰州交通大学学报，2007（05）：127-129

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