紙火箭

設計：陳子聖

活動說明

一、目的

本活動利用簡單的紙張製作紙火箭。共有活動一「比賽射準」；活動二「比賽射遠」；活動三「比賽射多」三項活動。

二、原理

吸管紙火箭的發射原理和運載火箭的發射原理一樣，都利用了牛頓第二、三定律（Newton's thirdlaw）。定律表明：當兩個物體互相作用時，彼此施加於對方的力，其大小相等、方向相反。當摺好的紙火箭與打氣筒相連，紙火箭內部的腔室形成一個半密閉系統。若能通過吸管打氣，則可使腔室内（紙火箭內部的空氣）壓力集中增大，當打氣筒噴出氣體透過吸管集中氣體於一點時，氣體推動紙火箭向前，再加上火箭後方的出氣口排氣也能增加推進力量，此時紙火箭就會宛如傳統火箭一般高速射出。

三、器材

1. 活動一 射準
   1. 大會提供：手持打氣筒 1 支、粗細各異的吸管數支、製作紙摺火箭 5 只。（規格尺寸詳見材料總表，紙張均規格統一，但造型可自行發揮）
   2. 參賽者自備：剪刀、美工刀、直尺、膠帶、簽字筆等製作所需工具。
2. 活動二 射遠
   1. 大會提供：手持打氣筒 1 支。
   2. 參賽者自備：其餘材料（包含紙張、吸管），可自行改裝紙火箭的配重或造型，甚至吸管的管徑等，例如：鼻尖加裝黏土、穩定翼、尾翼等，火箭本體必須是紙張裁折而成，可以數個相連，考量現場活動時間，建議事先製好作品再帶到大會比賽。
3. 射多
   1. 紙摺火箭的紙張規格需與活動一要求相同，但是造型可自行發揮。
   2. 打氣筒可以自行準備或設計（只能以人力操作，不可使用任何能源供應氣體，例如：不可電動、加熱或化學藥品等），吸管、打氣筒等工具可事先製好帶到大會組合後再比賽。

四、製作

紙火箭的製作，網路上有許多資料可以參考。在此只說明其中一種紙摺火箭的製作方式。

五、競賽說明

(一) 活動一 射準

1. 參賽者於限定的 20 分鐘內，每人使用大會所提供的紙張的製作 5 組紙火箭（完整一張紙摺出，不做任何加工），等候比賽。沒有完成 5組的隊伍，不得參與比賽。
2. 比賽時需隊員 3 人合作，1 人裝填火箭、1 人打氣、1 人準備撿回紙火箭（若紙火箭破損至不堪使用，只能將剩下紙火箭輪替發射）。
3. 參賽者在發射紙火箭所扮演的角色，3 人輪流，紙火箭 5 只可輪流使用，損壞無法補新品。
4. 發射時，紙火箭的最前端不得超過發射線。
5. 每一隊的發射次數共 10 次，但操作發射的時間，總共 150 秒。
6. 在限時內發射的紙火箭均視為有效發射，可以列入計算成績。
7. 靶位離發射線 2 公尺，靶中心離地 0.5 公尺，靶寬為 0.6 公尺的正方形，由 9 個長寬均 20 公分紙盒（市售紙餐盒）並貼為九宮格構成。
8. 如何得點，請見評分標準。

(二) 活動二 射遠

1. 參賽者得於事先製作好紙製火箭（本體不可使用任何紙張以外的材料，但內、外部均可改造，例如：配重、加尾翼等），造型所需紙張大小不限，僅限制發射打氣筒必須使用大會準備的規格，不得自行攜帶其他規格的供氣裝置。
2. 比賽操作前，紙火箭整套必須接受檢查是否為紙張所製作而成，若不符合規定者，將取消本項參賽資格。
3. 比賽時與活動一相同，必須隊員 3 人合作，1 人裝填紙火箭、1 人打氣、1 人準備撿回紙火箭。在比賽過程中，損壞的紙火箭可用事先準備的新品替換。
4. 發射紙火箭時，參賽者所扮演的角色需 3 人輪流不同工作，而紙火箭也要輪替使用，除非損壞後，經大會人員判斷同意更換。
5. 發射時，紙火箭的最前端不得超過場地所設定的發射線。
6. 每一隊的發射次數共 10 次，但操作發射的時間，總共 150 秒。
7. 在限時內發射的紙火箭均視為有效發射，方可列入成績計算。
8. 落點範圍限定在約 30 度角內（詳見場地圖），超出該範圍者為無效發射，不計績。
9. 射程以紙火箭第一次著地點為準，計績以 0.2 公尺為間隔（但得點不同，見圖 3），射程需大於 1 公尺以上，方得列入成績計算。
10. 如何評分，請見評分標準。

(三) 活動三 射多

1. 同活動一要求，參賽者於限定的 20 分鐘內，每人使用大會所提供的紙張的製作多組紙火箭（完整一張紙摺出，可裁剪），等候比賽。超過時限所製作紙火箭不得使用。
2. 打氣筒亦可改用其他成品（例如球類用手推或腳踏打氣筒、車胎使用的手推或腳踏打氣筒，但不可使用電力或其他能源提供動力）。
3. 比賽操作前，紙火箭必須接受大會人員檢查，若不符合規定者將取消本項參賽資格。
4. 比賽時與活動一相同，必須隊員 3 人合作，1 人裝填紙火箭、1 人打氣、1 人準備撿回紙火箭。在比賽過程中，損壞的紙火箭只可用原本

的同規格新品替換。

1. 參賽者發射紙火箭所扮演的角色，需 3 人輪流分工，紙火箭也要輪流使用，除非損壞。
2. 發射時，所有紙火箭的最前端均不得超過發射線。
3. 每一隊的發射次數不限制，但本項活動操作發射總時間共 180 秒（大會統一計時）。
4. 發射距離至少需超過 1 公尺，才可列入成績計算。
5. 如何評分，請見評分標準。

六、評分標準

(一)活動一 射準

1. 發射時需符合規定（紙火箭未超過發射線），當射程大於 2 公尺（含）且在得點範圍內的落點均可視為有效發射，得標計獲得點數。
2. 掉進九宮格的任一方格內，即獲得得該格的點數。
3. 若紙火箭未掉落至方格內，則以紙火箭本體占比較多的格子得分為主，由大會人員於時間截止時進行判定。九宮格以外或不符規定的的

發射方式均計為 0 點。

1. 合計 3 人的得點，加總計點後，即為本項活動得分，若以每次發射得點最高 9 點核計，最高得點應為 90 點，加總排序後按六等第計分法計分，得 x 分。

(二)活動二 射遠

1. 發射時需符合規定（紙火箭未超過發射線），當射程大於 2 公尺（含）且在得點範圍內的落點均可視為有效發射，得標計獲得點數。
2. 紙火箭的任一部分著地時碰觸計分線，當作越線計點。若碰觸到角度的拉線，也視為有效發射，可以計績。
3. 自出發線起算 2~6 公尺內的落點計分，每 0.5 公尺累計 10 分，共 30個計分點，最低點數為 3 點，最高點數為 90 點，若紙火箭落點超過6 公尺者，則以最高的點數計（80 點）。
4. 合計 3 人的得點，加總排序後按六等第計分法計分，得 y 分。
5. 計點方式如圖 3。

(三)活動三 射多

1. 發射時需符合規定（紙火箭未超過發射線），當射程大於 1 公尺（含）且在得點範圍內的落點均可視為有效發射，得標計獲得點數。
2. 紙火箭的任一部分著地時碰觸計分線（離發射線 1 公尺），當作越線計點，可以計績，符合上述規定的每只紙火箭得計 1 分。
3. 合計 3 人的得點，加總排序後按六等第計分法計分，得 z 分。
4. 計點方式如圖 4： 圖 4 射多得點圖示。

七、場地

(一)活動一 射準

1. 在室內，靶的位置離發射線 2 公尺，靶為 9 個邊長均為 20 公分的正方形紙盒組成九宮格的方形（靶中心離地 1.5 公尺）。
2. 靶子的正方形內每隔 20 公分縱橫各綁兩條線，將正方形隔成九宮格。

(二)活動二 射遠

在室內，從發射點拉夾角為約 30 度的兩條線，並從 2 公尺至 8 公尺，每隔 0.2 公尺拉一條直線（注意：不是弧線）

(三)活動三 射多

在室內，從發射點拉 1 公尺標準線，作為計分標準。

八、總成績

每隊的得分 x+y+z 後得 s，依 s 的高低排序並再按六等第計分法計分與評等第。

九、活動四 創意競賽

1. 具備類似活動一或活動二的紙火箭紙火箭的架構或功用均可。
2. 要以紙火箭為火箭本體的材料，幾個瓶子相連，加鼻錐、穩定翼、尾翼等，並可著色 美觀。
3. 要繳作品書面報告（包括文字、圖、照片等，限在 A4 紙兩頁內呈現）。
4. 評分方式，依整體創意 40%、功能 20%、美觀 20%、書面報告 20%等特色評分，得分 最高的隊伍，頒發創意獎。此項評分獨立計績，不列入總成績內。

十、競賽時間

(一)製作時間（含競賽說明）：20 分鐘

(二)評審時間（含評分說明）：？ 分鐘

十一、 總評分

1. 活動一、二、三，分別以得點高低排序後以六等第計分，最後將兩部份的分數相加， 再次依六等第計分法計分，即為本項目成績。最高分者若不只一隊則以活動一成績較 佳者為第一名，可獲單項冠軍。
2. 增列的創意競賽成績不併入大會獎計分，另予頒發數名創意獎。

十二、 材料總表

名稱	品名	規格	數量	備註
活動一 及 活動三	紙張	15 cm×15 cm	50 張	大會提供
	玩具打氣筒		1個
	塑膠吸管	長 20 cm 外徑 1 cm	10支
活動二	玩具打氣筒		1個
	紙張	參賽者自備

十三、 時間總計

1. 競賽時間：共 90 分鐘
2. 製作時間（含說明及領取材料）共 20 分鐘
3. 評審時間：預計 20 隊共 40 分鐘（每隊預計 2 分鐘）

十四、 評審注意事項

1. 本項活動全程必須在 90 分鐘完成（包括換場）。
2. 比賽過程中，紙火箭損壞時：
   1. 活動一：可以修補，但不可替換，若有一個不堪使用，則以剩下的兩個比賽，但人員要按照原來工作分配內容，輪番輪流發射，如此類推至紙火箭一個也沒剩，就停止比賽。
   2. 活動二、三：可以修補也可以替換同規格新品。
   3. 紙火箭在限時內一旦發射，且超過最短距離，均視為有效發射，可以列入成績計算。
   4. 比賽時，人員所扮演的角色以及紙火箭必須輪流，人員不可連續操作同一操作，也不可以連續使用同一套紙火箭，除非活動一，因損壞只剩下最後的一個，每次違規得扣當項活動成績 5 分，得累計之。
   5. 所有活動的紙火箭均允許本體加工配重，但活動一、三發射所使用的打氣筒必須使用大會所提供的，目的在於公平競爭；活動二的打氣筒不受限（只能手推或腳踏的，不能使用人力以外的供氣設備），目的在於鼓勵參賽者發揮有創意的設計以及尋找最適合的材料。

十五、 給參賽者的建議

1. 詳閱競賽手冊，尤其評分與評審注意事項。
2. 紙火箭射出的動力來自打氣筒加壓後的空氣，因此整個練習打氣筒的使用，以及設計出紙火箭造型是否能具備較好的氣密性以及耐壓性（紙張所能支撐的壓力）是關鍵。
3. 射準比賽中，尖尖的鼻錐與尾翼對定向與穿格會有幫助，但效果有限。
4. 在射遠比賽，除了會影響動力的氣密性與腔室大小外之外，改良火箭造型，如：鼻錐減小空氣阻力，增加穩定翼可有助於定向飛行，整個紙火箭的重心以及總質量，均可能影響紙火箭的射遠。
5. 紙火箭根據紙張材質不同，造型差異，均會有很大的變化，參賽者宜多加嘗試，練習測試。

十六、 附錄

甲、射準場地圖

乙、射遠場地圖：

丙、射多場地圖：

探究問題：

1. 如何調整紙火箭的造型、配重，以提升可操縱性？
2. 不同的發射方式，會如何影響紙火箭的飛行軌跡？
3. 選擇不同的工具發射紙火箭，是否可以提升成效？

   關於火箭的科學競賽有許多網路資料可用，但多數成品製作上繁複，且材料準備不易，加上失敗率高，活動不易普及。本活動考量多數科學競賽均在室內進行，且場地禁止使用水，故選擇可以千變萬化的紙摺火箭（以下簡稱＂紙火箭＂），並刻意使用常見的飲料吸管及手持打氣筒作為動力來源。
   原因之一在於材料平日容易取得外，二則此項科學活動屬多樣性變因，可讓參與者得到不同的探究式體驗，亦有助於發展科學探究能力與愛好。