飞天梦永不失重 科学梦张力无限.doc

飞天梦永不失重 科学梦张力无限

　　在中国最高的讲台——离地面300多千米的天宫一号上，神舟十号航天员聂海胜、张晓光、王亚平为全国青少年带来神奇的太空一课。
　　从首都北京到全国各地，8万多所中学、6000万名师生通过广播、电视和网络直播，共同收听、收看航天员太空授课，一同领略奇妙的太空世界。
　　6月20日上午，记者来到设在中国人民大学附属中学的太空授课地面课堂，与300余名中小学生一起，现场聆听航天员老师讲课。
　　亮相 主讲老师“飞”到讲台前
　　20日10时许，北京市101中学物理教师史艺和人大附中物理教师宓奇登上讲台。简短的开场白之后，两位老师为同学们播放了一段电视短片——《航天员在太空的衣食住行》。
　　10时11分，北京航天飞行控制中心报告，已建立与航天员的双向通信链路。神舟十号航天员的身影清晰呈现在大屏幕上，他们身着蓝色舱内工作服，微笑着向地面课堂的同学们挥手致意。
　　“我是王亚平，本次授课由我来主讲。”航天员王亚平轻点脚尖，向天宫一号舱内的摄像机镜头缓缓“飞”来。在失重环境下，这位主讲精心梳理的马尾辫变成了蓬松的“毽子”，呈现出几分“笑果”。
　　“大家好！我是聂海胜，担任本次飞行任务的指令长。”指令长这次当起了助教。
　　“大家好！我是张晓光，本次太空授课任务，我担任摄像师。”在失重环境下，张晓光要先用束缚带把自己固定在舱壁上，再用手持摄像机保持长时间稳定拍摄，才能把图像传回地面课堂。
　　实验 失重带来奇妙体验
　　3位航天员老师“站”稳后，先给同学们露了几手“功夫”——“悬空打坐”、“大力神功”。失重环境下，航天员仿佛成了“武林高手”，博得同学们阵阵喝彩。
　　实验1：质量测量
　　航天员的表演给大家带来了疑问：失重环境下怎样测质量呢？
　　从天宫一号的舱壁上打开一个支架形状的装置——质量测量仪，聂海胜把自己固定在支架一端，王亚平轻轻拉开支架，一放手，支架便在弹簧的作用下回复原位。装置上的LED屏上显示出数字：74.0，这表示聂海胜的实测质量是74千克。
　　解读：王亚平说，天宫中的质量测量仪，应用的物理学原理是牛顿第二运动定律：F（力）=m（质量）×a（加速度）。质量测量仪上的弹簧能够产生一个恒定的力F，同时用光栅测速装置测量出支架复位的速度v和时间t，计算出加速度（a=v/t），就能够计算出物体的质量（m=F/a）。　　
　　实验2：单摆运动
　　演示完质量测量，航天员们又取出物理课上常见的实验装置单摆。王亚平把一个T形支架固定在工作台上，支架上用细绳拴着一颗明黄色小钢球。王亚平把小球轻轻拉升到一定位置后放手，小球并没有出现地面上常见的往复摆动，而是停在了半空。王亚平用手指沿切线方向轻推小球，奇妙的现象出现了，小球开始绕着T形支架的轴心做圆周运动。
　　解读：太空中没有重力作用，小球只会在原地悬浮。同样，因为重力环境不同，在太空中轻轻推一下小球，小球会在细绳的牵引下做圆周运动。而在地面上，需要给小球足够大的初速度，才能使它克服重力阻碍，实现圆周运动。
　　实验3：陀螺运动
　　王亚平取出一个红黄相间的陀螺，把它静止悬放在空中。用手轻推陀螺顶部，陀螺翻滚着飞向远处。紧接着，王亚平取出一个一模一样的陀螺，让它旋转起来，悬浮在半空中，再用手轻轻一推，旋转的陀螺并不翻滚，而是保持着固定的轴向，向前飞去。
　　解读：转动的陀螺具有定轴性，定轴性遵守角动量守恒原理——在没有外力矩作用情况下，物体角动量会保持恒定。而这在地面上因摩擦等因素很难实现。
　　王亚平介绍说，高速旋转陀螺的定轴特性在航天领域用途广泛。天宫一号上就装有各式各样的陀螺定向仪，正是有了它们，才能精准地测量飞行姿态。
　　实验4：制作水膜
　　王亚平拿起一个航天员饮用水袋，打开止水夹，水并没有倾泻而出；轻挤水袋，饮水管端口形成了一颗水珠，悬浮在半空中。
　　接着，她用手捏着长柄，把一个金属圈插入装满饮用水的自封袋中，慢慢抽出便形成了一个漂亮的水膜。随后，又往水膜表面贴上了一片有中国结图案的塑料片，水膜依然完好。这些奇特景象引起地面课堂同学们的连声惊叹。
　　实验5：制作水球
　　王亚平用饮水袋慢慢地向水膜上注水，不一会儿，水膜就变成一个亮晶晶的大水球。用注射器向水球内注入空气，在水球内产生了两个标准的球形气泡，气泡既没有被挤出水球，也没有融合到一起。
　　紧接着，她又用注射器把少许红色液体注入水球，红色液体慢慢扩散开来，晶莹透亮的水球变成了粉红色，令人啧啧称奇。
　　解读：受到内部分子的吸引，液体表面分子有被拉入内部的趋势，导致表面就像一张绷紧的橡皮膜，这种促使液体表面收缩的绷紧的力，就是表面张力。
　　液体表面张力在航天活动中有重要应用。失重环境下，航天器推进剂贮箱中的液体燃料界面和气体界面不再是稳定的，科学家们制造了表面张力贮箱，利用表面张力推动液体推进剂流动，为动力系统提供满足要求的推进剂。
　　互动 无尽好奇点燃科学梦
　　太空实验让人意犹未尽，天地之间继续着精彩互动。
　　未来空间站将实现资源再生和循环利用
　　人大附中高二年级学生司紫硕：我想知道那些水是从地面上带到天宫一号去的吗？你们在天上的生活用水可以循环使用吗？
　　聂海胜：我们在天宫一号上使用的水都是从地面带来的。在太空中实现资源循环利用是非常重要和有价值的，但这需要先进的技术和复杂的设备，因此短期飞行采用一次性用水更为经济。我国未来的空间站将采用先进的资源再生和循环利用技术，在天宫一号上也进行了部分相关关键技术试验。
　　太空垃圾可规避防护
　　北师大附中高一年级学生毛思锐：能看到太空垃圾吗？天宫一号是否有应对防护措施？
　　王亚平：我们在飞行中没有看到太空垃圾，但太空垃圾确实存在。虽然它们与航天器碰撞几率很小，但一旦相撞后果不堪设想。因此，神十任务实施前，地面科研人员对太空垃圾进行了预警分析，也对天宫一号采取了相应的规避和防护措施，以确保安全。
　　用体育锻炼等对抗失重
　　潞河中学高一年级学生韩苏阳：请问你们采取哪些措施对抗失重对人体的不利影响？
　　聂海胜：失重会造成人体心血管失调、骨丢失和肌肉萎缩。为了有效对抗失重，我们采取体育锻炼、药物和改变体液分布等方法来防护。这次我们从地面带来很多设备，如：企鹅服、套袋、拉力器、自行车功量计等。刚才我们进行太空授课的小讲台就是用自行车功量计改装的。
　　每天看16次日出
　　史家小学四年级学生邱甜：在天上看到的窗外景色与地面有什么不同？星星会闪烁吗？能看到UFO吗？
　　王亚平：透过舷窗，我们可以看到地球，也可以看到日月星辰，但是没有看到过UFO。由于没有大气对光的散射作用，我们看到的太空不是蓝色的，而是深邃的黑色。另外，我要告诉你一件奇妙的事情，我们每天可以看到16次日出，因为我们每90分钟绕地球转一圈。
　　寄语 太空奥秘探索无止境
　　几次天地互动，不知不觉中，时钟已经指向了10点50分。带着眷恋和依依不舍，神十航天员们要和地面课堂的同学们说再见了。每位航天员都为同学们送上一句太空寄语——
　　聂海胜说：“愿同学们刻苦学习，增长知识，为‘中国梦’添彩！”
　　“深邃太空，奥秘无穷，探索无止境，让我们共同努力！”张晓光说。
　　“飞天梦永不失重，科学梦张力无限！”王亚平把太空授课的内容和寄语完美地融合在一起。
（来源：人民日报）