系统的设计 课件-2023-2024学年高中技术粤科版（2019）必修 技术与设计2

系统的设计2024通用技术技术备课组学习目标010302对水火箭的原理和飞行环境分析学习制作水火箭的方法；初步设计水火箭系统；通用技术04探究影响水火箭的因素。01水火箭原理分析一、水火箭原理分析长征二号火箭发射全过程思考：长征二号F火箭把航天器送入预定轨道主要有哪些步骤？设计这些步骤的目的是什么？火箭送航天器进入预定轨道主要步骤12秒程序转弯，是为了通过调整火箭飞行角度，来节省燃料。155秒、160秒、210秒火箭部件的分离都是为了抛弃多余的部件,减轻箭体重量，节省燃料。一、水火箭原理分析火箭燃料燃烧废气高压气体水水火箭废气推火箭升空火箭向下推废气水推火箭升空箭体向下推水一、水火箭原理分析

水火箭是一个利用质量比和气压作用而设计的。水火箭又称气压式喷水火箭、水推进火箭，是用废弃的饮料瓶制作而成的一种玩具。它分为动力舱、箭体、箭头、尾翼、降落伞等部分。水火箭科技含量高，寓教于乐，深受广大青少年喜爱，可以让他们直观地了解导弹、运载火箭的发射升空和回收过程，理解飞行的原理及其不同点。了解水火箭一、水火箭原理分析整流罩：就是用于调整气流的,为了减少在飞机在空中的阻力,整流罩尽量以流线型设计,使气流能平滑的通过一、水火箭原理分析发射点A

主动段终点最大弹道高度目标Mxy

弹道主动段上升段下

降

段弹道被动段

A

x

被动段：1.距离和持续时间长；

在理想状态下，向水平方向的目标发射水火箭，可以视为一次斜抛运动。主动段：1.距离和持续时间很短；

2.释放内能为水火箭飞行提供动能；

一、水火箭原理分析

水火箭射程M

发射点A

主动段终点最大弹道高度目标Mxy

弹道主动段上升段下

降

段弹道被动段

A

x

仰角为45°时，射程最远。速度v1越大，射程越远一、水火箭原理分析

水火箭射程

弹道主动段加速度a弹道主动段加速度持续时间t

一、水火箭原理分析方法一：增加动力舱的气压气压大

推力大

加速度大

出口速度大

射程远瓶内气压大

瓶子受到的压力大

选择抗压能力强的饮料瓶牛顿第二定律：F=ma压强公式：F=PS

方法二：加大动力舱横截面积一、水火箭原理分析水火箭射程弹道主动段终点速度发射仰角弹道主动段加速度a弹道主动段加速度持续时间t反冲推力F水火箭的质量m小更轻的材料更小的箭体……牛顿第二定律：F=ma压强公式：F=PS

一、水火箭原理分析影响加速度持续时间t的因素：水火箭射程弹道主动段终点速度发射仰角弹道主动段加速度a弹道主动段加速度持续时间t动力舱加压气体的量水量一、水火箭原理分析水火箭射程弹道主动段终点速度发射仰角空气阻力加一个尖形整流罩减小箭体横截面积尖形整流罩减小箭体横截面积更光滑的箭体表面空气阻力小

动能损耗小

水火箭射程远一、水火箭原理分析水火箭的速度方向空气气流方向箭体轴线风向风向水火箭射程弹道主动段终点速度外部环境发射仰角飞行稳定性空气阻力天气状况一、水火箭原理分析水火箭的速度方向风向箭体轴线风向风向

空气气流方向一、水火箭原理分析

当水火箭的实际飞行方向偏离原速度方向时，需要及时修正。水火箭射程弹道主动段终点速度外部环境发射仰角飞行稳定性尾翼一、水火箭原理分析尾翼箭体轴心水火箭的速度方向尾翼上表面尾翼下表面（以尾翼为参照物）空气气流方向一、水火箭原理分析水火箭的速度方向尾翼背风面尾翼迎风面尾翼箭体轴心尾翼下表面的气压>尾翼上表面的气压（迎风面）（背风面）（以尾翼为参照物）空气气流方向一、水火箭原理分析水火箭的速度方向尾翼迎风面尾翼背风面尾翼箭体轴心尾翼上表面的气压>尾翼下表面的气压

（迎风面）

（背风面）（以尾翼为参照物）空气气流方向一、水火箭原理分析水火箭射程弹道主动段终点速度外部环境发射仰角飞行稳定性尾翼重心位置重心位置重心位置重心位置一、水火箭原理分析02设计水火箭系统二、设计水火箭系统水火箭总系统箭体子系统动力子系统发射子系统壳体（光滑）箭头（尖形）箭翼（最少三片）加压空气（大小、量）水（量）动力舱（容积、横截面积、

抗压性）

喷嘴（成熟、可靠）辅助设备（成熟、可靠）发射架（成熟、可靠）发射轨道（成熟、可靠）二、设计水火箭系统牛顿第二定律：F=ma

压强公式：F=PS

反冲推力与空气阻力的冲突动力舱横截面积大反冲推力大空气阻力小冲突冲突动力舱横截面积小水火箭射程远二、设计水火箭系统加速度持续时间与箭体重量的冲突加速度持续时间长箭体重量大动力舱容积大水火箭射程远水火箭射程近冲突冲突二、设计水火箭系统重心位置飞行姿态稳定性与箭体重量的冲突飞行姿态稳定箭体重量大重心靠前水火箭射程远水火箭射程近冲突冲突二、设计水火箭系统环境变化系统变化风速、风向变化

发射仰角调整二、设计水火箭系统1.以实现系统整体功能最优为目的。2.设计好系统的每个要素和子系统。3.综合考虑系统各部分（要素）之间的联系，合理解决它们之间的矛盾冲突；注重系统与环境、部分（要素）与整体之间的协调。在进行系统总设计时应：二、设计水火箭系统03水火箭的制作三、水火箭的制作三、水火箭的制作04探究影响水火箭的因素四、探究影响水火箭的因素水火箭总系统箭体子系统动力子系统发射子系统壳体（容量）箭头（配重）箭翼加压空气水（水量）动力舱（容量）喷嘴辅助设备发射架（角度）发射轨道四、探究影响水火箭的因素因素1——水量结论

其他因素不变，水量约占舱体总容量的2/5时，射程最远。饮料瓶容量500ml，200ml占的瓶子容量的2/5。四、探究影响水火箭的因素容量增宽√阻力增大易实现方案一方案二增长因素2——容量四、探究影响水火箭的因素结论

其他因素不变，增大容量，采用双节水火箭，射程更远。因素2——容量四、探究影响水火箭的因素结论

其他因素不变，配重约为20克时，水火箭射程最远。11因素3——配重四、探究影响水火箭的因素结论

其他因素不变，发射仰角约为60度时，射程最远。11因素4——发射仰角四、探究影响水火箭的因素水火箭总系统箭体子系统动力子系统发射子系统壳体（容量）箭头（配重）箭翼加压空气水（水量）动力舱（容量）喷嘴辅助设备发射架（角度）发射轨道优化一：水量占舱体总容量的2/5优化二：采用双节增大动力舱进行优化优化四：发射仰角约为60度进行优化优化三：采用配重约为20克进行优化注意：

结论基于不同小组同学测试的数据，因天气变化及操作有误差，建议适当测试后使用。水火箭的优化四、探究影响水火箭的因素小试牛刀1.某包装公司为某一个产品设计纸箱,在决定纸箱的大小、厚度、材质时需研究各个方面的因素:产品的自重与外形特征,产品的湿度及抗压性要求,产品的存放、搬运要求,集装箱空间的适配,产品的制造特点、成本及国家的一些技术规范等等。如果我们把设计纸箱作为一个系统工程,那么这个研究过程称为()。A.系统的认识B.系统的优化C.系统的分析D.子系统的设计答案：C

2.以下关于系统设计的说法中，错误的是（

）。A.系统设计要从整体出发，以实现系统整体功能的最优为目的B.设计较为复杂的系统时，应该首先将系统分解为若干子系统进行设计C.系统设计一般用于比较复杂的系统，简单的系统不需要设计D.系统设计应包括对设计方案的分析、比较和优化答案：C

小试牛刀3、在水火箭发射过程中，水火箭箭体内的压强越大，水火箭的射程会越远，所以我们只需不断增大水火箭箭体内的压强，就能使水火箭射程达到最大值。（

）答案：错误4.小王想在普通手电筒的基础上，通过增加一些配件将其改装成户外使用的防水、抗震手电筒。下列配件中，最优先考虑的是（

）。答案：C小试牛刀5.高架桥大多设计有雨水回收系统，可以将回收的雨水处理后，用于浇灌树木、草坪，从而节约了水资源。关于该系统的设计不需要考虑的是（

）。答案：C6.某公司为了节约能源，计划设计一个在冬天能够供热而在夏天能降温的地热泵技术系统。该系统主要由地热泵、地下管道、冷热输出器及控制器组成。该公司在设计中不需要首先考虑的是（

）。A.查阅国内外地热泵技术系统的相关资料B.实现地热泵技术的可行性C.地热泵系统的科学性D.如何对系统装置进行技术试验答案：D

小试牛刀7.据悉，时速超过200公里的车辆经过，就会在周边产生巨大的噪音和冲击力。如何解决京沪高铁开通后由于列车的高速给周边环境造成噪音污染的矛盾，是设计者们一直研究的问题。建设过程中，采用一次性铺设无缝线路，消除原有的“咯噔”声，并在沿线采用加装消声器，铺设减震垫，设置声屏障等措施，降低噪音对附近居民的影响。在该事例