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是金子必會(huì)發(fā)光
北京6月20日上午10點(diǎn)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(tái)搬上了太空，形成天宮一號與教學(xué)課堂的有效對接，實(shí)現(xiàn)了宇航員“老師”與全國學(xué)生的實(shí)驗(yàn)互動(dòng)，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(shí)11分，距離地面300多公里的天宮一號實(shí)驗(yàn)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(dú)特的現(xiàn)象。”王亞平邀請聶海勝客串表演高難度動(dòng)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(shí)，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(gè)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(shí)，我用電子秤測量自己的體重。如果要測大物體的時(shí)候，可以用‘曹沖稱象’這種辦法。”
聽到“曹沖稱象”4個(gè)字時(shí)，王亞平認(rèn)真的表情化成了笑容，對同學(xué)們利用動(dòng)量守恒定律、彈簧測力計(jì)測量的回答也頻頻點(diǎn)頭。
這時(shí)，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(shí)驗(yàn)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(shí)，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(gè)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(gè)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(gè)物理對比小實(shí)驗(yàn)，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(gè)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(shí)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(yùn)動(dòng)?
單擺的小球在太空中如何運(yùn)動(dòng)?王亞平為學(xué)生們展示另一個(gè)太空實(shí)驗(yàn)。
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?yàn)樵谔罩?，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(dòng)。”
“如果推小球一下，它會(huì)怎么運(yùn)動(dòng)呢?”又一個(gè)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(dòng)了起來，不停地進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)(圖二)。
正在學(xué)生們思考原因的時(shí)候，王亞平開始解釋：“這是因?yàn)樾∏蛱幱谑е貭顟B(tài)，即使給小球一個(gè)很小的初速度，它也能繞擺軸做圓周運(yùn)動(dòng)。但在地面上，它需要足夠大的初速度才能實(shí)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(yùn)動(dòng)，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(huì)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(shí)，在它內(nèi)部形成了一層厚厚的水膜(圖四)。她輕輕晃動(dòng)，金屬圈上的水膜也不會(huì)破裂。
“這在地面上是很難做到的，因?yàn)橛兄亓Φ挠绊?，水膜一出水就容易破裂?rdquo;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(shí)，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(gè)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(gè)大氣泡在水球中獨(dú)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(dú)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(huì)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(jià)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(shí)驗(yàn)，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(shí)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(gè)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(shí)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(huì)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(yùn)動(dòng)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(huì)閃爍嗎?能看到UFO嗎?”在一個(gè)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?yàn)槲覀兲幱诖髿鈱又?，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(huì)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(diǎn)，太空授課進(jìn)入尾聲，但同學(xué)們與航天員們的互動(dòng)還意猶未盡。這時(shí)，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(jiān)定科學(xué)探索的信心和決心。
“平時(shí)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(yàn)班高一學(xué)生宋欣珂激動(dòng)地說，“航天員展示的失重狀態(tài)下的水球?qū)嶒?yàn)非常精彩，我打算去查閱一些水的表面張力的相關(guān)資料。同時(shí)，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)。”
