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是金子必會發(fā)光
北京6月20日上午10點04分,，中國首次太空授課伴隨著上課鈴聲的響起拉開序幕,。
今天，中國首次將中學(xué)物理課的講臺搬上了太空,，形成天宮一號與教學(xué)課堂的有效對接，實現(xiàn)了宇航員“老師”與全國學(xué)生的實驗互動,，讓茁壯成長中的中小學(xué)生感受科學(xué)的魅力,，了解太空的奧秘。
航天員“高難度”表演開場
“大家好,，我是王亞平,，本次授課由我來主講。”上午10時11分,，距離地面300多公里的天宮一號實驗艙內(nèi)的畫面信號傳進(jìn)地面課堂,，全場師生的掌聲熱烈響起，中國首次太空授課的“老師”王亞平和神舟十號的指令長聶海勝,、航天員張曉光向全國師生揮手問好,。
“失重,，是太空環(huán)境中最獨特的現(xiàn)象,。”王亞平邀請聶海勝客串表演高難度動作,。聶海勝盤腿坐起，給同學(xué)們展示“懸空打坐”,。隨后，王亞平伸出食指,，用她的“大力神功”使聶海勝顛倒翻轉(zhuǎn),。頓時,，笑聲和掌聲充斥著天地課堂。
地面上測物體質(zhì)量的方法在太空中還好用嗎?
有趣的失重表演后,，王亞平向同學(xué)們拋出第一個問題，“在生活中,，你們怎樣測量物體的質(zhì)量?”
現(xiàn)場學(xué)生將手臂高高舉起,，都希望與航天員“老師”交流自己的方法。
“我們可以用天平來測物體的質(zhì)量,。”
“在家時，我用電子秤測量自己的體重,。如果要測大物體的時候,，可以用‘曹沖稱象’這種辦法。”
聽到“曹沖稱象”4個字時,，王亞平認(rèn)真的表情化成了笑容,，對同學(xué)們利用動量守恒定律,、彈簧測力計測量的回答也頻頻點頭。
這時,，王亞平又問同學(xué)們：“在地面上的測量物體質(zhì)量的方法在太空中還好用嗎?”
聶海勝將裝有兩根彈簧的物理實驗教具交給了王亞平,，“攝像師”張曉光將鏡頭慢慢推近教具。與此同時,，地面課堂教師也展示著同樣的教具,。
對比之下，王亞平的教具中兩個質(zhì)量不同的物體卻停留在統(tǒng)一水平線,，無法顯示出兩個物體質(zhì)量的差別。
“那么在太空中,，我們航天員想要知道自己胖了還是瘦了該怎么辦呢?”通過這個物理對比小實驗,，王亞平開始向同學(xué)們介紹太空中測量物體質(zhì)量的裝置——質(zhì)量測量儀(圖一)。為了讓同學(xué)們更加清楚質(zhì)量測量儀的工作原理,，指令長聶海勝親自演示了這個裝置測量體重的全過程,。
關(guān)于質(zhì)量測量儀的原理，王亞平也做出了解釋：“其實就是我們學(xué)過的牛頓第二定律,，物理受到的力等于它的質(zhì)量乘以加速度。如果我們想辦法測出力和加速度,，就可以算出物體的質(zhì)量了,。”
對太空艙裝置的演示和講解,，讓同學(xué)們恍然大悟：物理課本上的牛頓第二定律也可以這么應(yīng)用。
物體在太空中如何運動?
單擺的小球在太空中如何運動?王亞平為學(xué)生們展示另一個太空實驗,。
她的手指輕輕松開,，小球卻飄了起來。這是為什么呢?王亞平說：“因為在太空中,，小球處于失重狀態(tài)，沒有了回復(fù)力,，所以不能像在地面上一樣做往復(fù)擺動,。”
“如果推小球一下，它會怎么運動呢?”又一個問題被王亞平提出,。
學(xué)生們一邊思考,，一邊目不轉(zhuǎn)睛地盯著大屏幕,，觀察王亞平的操作。被輕輕一推,，小球繞著擺軸神奇地轉(zhuǎn)動了起來,，不停地進(jìn)行圓周運動(圖二)。
正在學(xué)生們思考原因的時候,，王亞平開始解釋：“這是因為小球處于失重狀態(tài),，即使給小球一個很小的初速度,，它也能繞擺軸做圓周運動,。但在地面上,，它需要足夠大的初速度才能實現(xiàn),。”
“你在太空飄浮的過程中,，是否能感知到上和下的方位感呢?”兩個實驗環(huán)節(jié)結(jié)束后,，現(xiàn)場的學(xué)生向太空中的“老師”提出了自己好奇的問題,。
這時,，王亞平用“雜技”表演進(jìn)行解釋,。在指令長聶海勝的幫助下,，王亞平的身體在空中兩次翻轉(zhuǎn)90度,，并告訴大家她的方位感——總是頭頂為上，腳底為下,。
“我們在太空中是感覺不到上和下的,。”王亞平說，“但是在‘天宮’中為了方便工作和生活,，我們?nèi)藶槎x了上和下,，將朝地球的一面設(shè)為下方，鋪設(shè)了地板,。”
陀螺的定軸性原理為中學(xué)生熟知,，也被廣泛應(yīng)用于科技設(shè)備中,，利用陀螺組合定向,。王亞平說：“我們居住的‘天宮’就安裝了很多利用定軸性原理制作的儀器,，用于測量航天器的姿態(tài),。”旋轉(zhuǎn)的陀螺在空中飄浮運動,，即使受到作用力，軸向也不改變(圖三),。
水滴在太空中是什么形狀?
“如果詩人李白在‘天宮’中生活,，就寫不出‘飛流直下三千尺’的詩句了。”王亞平一邊講解,，一邊展示太空中使用的飲水袋,，“在太空失重狀態(tài)下，水不會自己流出,。”
隨著王亞平輕輕擠壓飲水袋,，水滴停留在空中，并越變越大,，晶瑩剔透，靜靜地停留在她的指尖上,。
接下來,，王亞平將圓形的金屬圈伸進(jìn)水袋，當(dāng)金屬圈抽出時,，在它內(nèi)部形成了一層厚厚的水膜(圖四),。她輕輕晃動，金屬圈上的水膜也不會破裂,。
“這在地面上是很難做到的,，因為有重力的影響，水膜一出水就容易破裂,。”王亞平說,，“但太空中水處于失重狀態(tài)，水的表面張力就能大顯神威,。”
“我們在失重狀態(tài)下,，見到了很多地球上看不到的現(xiàn)象，同學(xué)們想看嗎?”王亞平的話音剛落,，學(xué)生異口同聲地回答：“想!”
這時,，王亞平往水膜上慢慢加水,，水膜將空中的水珠一滴一滴吸收進(jìn)去,，不斷變大,，最終形成了一個晶瑩剔透的大水球(圖五),。
她將水球放在自己的正前方,?？吹?ldquo;老師”的頭像倒影出現(xiàn)在水球表面,，現(xiàn)場的學(xué)生不斷鼓掌,，連連驚嘆,。
在水球中注入氣體,，兩個大氣泡在水球中獨立飄浮;在水球中注入紅色液體,，紅色慢慢散開,，將透明的水球變成紅色。
在學(xué)生們的掌聲中,，王亞平說：“太空中有許多奇特的物理現(xiàn)象,，利用太空的獨特資源，一方面我們可以開展基礎(chǔ)研究,，另一方面我們可以為應(yīng)用服務(wù),。通過對比太空中的差異，改變地面的生產(chǎn)工藝,。”
太空中的奧秘還有多少?
“太空中的水是從地面帶上去的嗎?還是再生的?以后還會被回收起來再利用嗎?”在提問環(huán)節(jié),，學(xué)生們熱情高漲,，其中一位同學(xué)問及當(dāng)前大家最關(guān)心的水資源問題,。
“我們在‘天宮’使用的水都是從地面帶來的,。”聶海勝說,，在太空中，資源的循環(huán)利用是非常重要和有價值的,，這需要有先進(jìn)的技術(shù)和復(fù)雜的設(shè)備。我國的空間站將采用先進(jìn)的資源再生和循環(huán)利用技術(shù),，在天宮一號里,，我們也進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)實驗，將努力把空間站建設(shè)成高效,、節(jié)約的空間站,。
熱愛航天的同學(xué)平時對太空垃圾有些了解。在太空授課現(xiàn)場,，有一名同學(xué)問到這個問題：“看到太空垃圾了嗎?天宮一號是否有防護(hù)措施呢?”
王亞平微笑著回答說：“這幾天我們還沒有看到太空垃圾,，但太空垃圾是確實存在的,。雖然它與航天器相撞的幾率很小,，但是數(shù)量卻不少。而且,，一旦與航天器相撞后果將不堪設(shè)想。”她還告訴同學(xué)們,，神舟十號在發(fā)射前,，已經(jīng)對太空垃圾進(jìn)行了預(yù)警分析，以確保航天員的安全,。
失重環(huán)境對身體健康不利,。一位男同學(xué)關(guān)切地問航天員“老師”，在太空中有哪些應(yīng)對措施?“失重,，會造成心血管失常,、骨質(zhì)疏松等問題。”聶海勝說,，“我們利用體育鍛煉,、藥物和體液重新分布等方法進(jìn)行防護(hù)。”他還向同學(xué)們展示了帶到太空中的運動設(shè)備,。
同學(xué)們對太空充滿了奇妙的想象，問題也多種多樣。“你們看到星星會閃爍嗎?能看到UFO嗎?”在一個同學(xué)提問下,，王亞平為大家描述著從太空中看到的景象,，“我們能看到美麗的地球，能看到星辰,，但是到現(xiàn)在為止我們還沒有看到UFO,。”
王亞平進(jìn)一步解釋說：“因為我們處于大氣層之外，沒有大氣層干擾,，所以我們看到的星星格外明亮,，但是星星不會閃爍。同樣,，由于沒有大氣對光的散射作用,，我們看到的天空不是藍(lán)色的，而是深邃的黑色,。另外，我們每天可以看到16次日出,，每90分鐘就可以繞地球一圈,。”
航天員愿同學(xué)們?yōu)橹袊鴫籼聿?/strong>
漸漸接近11點，太空授課進(jìn)入尾聲,，但同學(xué)們與航天員們的互動還意猶未盡,。這時，3位航天員又一次共同在鏡頭前出現(xiàn),。聶海勝,、張曉光、王亞平依次為全國學(xué)生送上寄語,，“愿同學(xué)們刻苦學(xué)習(xí),，增長知識,，為中國夢添彩!”“深邃太空,，奧秘?zé)o窮，探索無止境,，讓我們共同努力!”“飛天夢永不失重，科學(xué)夢張力無限!”
科學(xué)夢,，中國夢,。我國首次太空授課讓全國的中小學(xué)生接近太空、感知科學(xué)魅力,，也幫助同學(xué)們堅定科學(xué)探索的信心和決心,。
“平時我對物理就很感興趣,，希望以后能夠投身科研。”授課結(jié)束后,，北京十二中錢學(xué)森航天試驗班高一學(xué)生宋欣珂激動地說,，“航天員展示的失重狀態(tài)下的水球?qū)嶒灧浅＞剩掖蛩闳ゲ殚喴恍┧谋砻鎻埩Φ南嚓P(guān)資料,。同時，航天員們科學(xué)研究的執(zhí)著精神也很令我敬佩,，要向他們學(xué)習(xí)。”
