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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，中國首次將中學物理課的講臺搬上了太空，形成天宮一號與教學課堂的有效對接，實現(xiàn)了宇航員“老師”與全國學生的實驗互動，讓茁壯成長中的中小學生感受科學的魅力，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，王亞平認真的表情化成了笑容，對同學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)，沒有了回復力，所以不能像在地面上一樣做往復擺動。”
“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，不停地進行圓周運動(圖二)。
正在學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水袋，當金屬圈抽出時，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，同學們想看嗎?”王亞平的話音剛落，學生異口同聲地回答：“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。看到“老師”的頭像倒影出現(xiàn)在水球表面，現(xiàn)場的學生不斷鼓掌，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)，學生們熱情高漲，其中一位同學問及當前大家最關(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，這需要有先進的技術(shù)和復雜的設(shè)備。我國的空間站將采用先進的資源再生和循環(huán)利用技術(shù)，在天宮一號里，我們也進行了關(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。
熱愛航天的同學平時對太空垃圾有些了解。在太空授課現(xiàn)場，有一名同學問到這個問題：“看到太空垃圾了嗎?天宮一號是否有防護措施呢?”
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。”她還告訴同學們，神舟十號在發(fā)射前，已經(jīng)對太空垃圾進行了預警分析，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行防護。”他還向同學們展示了帶到太空中的運動設(shè)備。
同學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。”
航天員愿同學們?yōu)橹袊鴫籼聿?/strong>
漸漸接近11點，太空授課進入尾聲，但同學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生送上寄語，“愿同學們刻苦學習，增長知識，為中國夢添彩!”“深邃太空，奧秘無窮，探索無止境，讓我們共同努力!”“飛天夢永不失重，科學夢張力無限!”
科學夢，中國夢。我國首次太空授課讓全國的中小學生接近太空、感知科學魅力，也幫助同學們堅定科學探索的信心和決心。
“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，北京十二中錢學森航天試驗班高一學生宋欣珂激動地說，“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，航天員們科學研究的執(zhí)著精神也很令我敬佩，要向他們學習。”
