航天员王亚平老师太空授课课件

作者:天天来源:中华励志网 2013-06-20

这是中国最高的讲台——在远离地面300多千米的天宫一号,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。

这是中国最大的课堂——从首都北京到祖国四面八方,8万多所中学、数千万名师生通过广播、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。

序曲:来自太空的问候

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精心剪辑的电视短片——《航天员在太空的衣食住行》。尽管同学们早已从科普读物和影视作品中了解到失重环境的奇妙,可是从大屏幕上看到神舟十号航天员像鱼儿一样自由游弋,仍不时发出阵阵低语和清脆的笑声。

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,面带微笑向地面课堂的同学们挥手致意:“同学们,你们好!”

“我是王亚平,本次授课由我来主讲。”航天员王亚平轻点脚尖,向天宫一号舱内摄像机镜头缓缓飞来。为了备好课,这位“主讲”可没少下功夫,不仅精心准备了授课内容,向专业教师虚心请教讲课技巧,还对个人形象进行了精心设计——扎起了秀气的马尾辫。只不过,在失重环境下,精心梳理的马尾辫变成了蓬松的“毽子”,惹得同学们笑作一团。

“大家好!我是聂海胜,担任本次飞行任务的指令长。”指令长屈尊当起了“助教”,负责配合“主讲”管理教具,维护课堂秩序。由于天宫一号是精密的飞行器,航天员们的授课活动必须小心进行,既不能动作幅度太大、干扰到正常飞行,还要当心漂浮的实验器材、液滴影响到航天器安全。

“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,保持自身平衡并不容易。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,才能把太空授课的精彩图像传回地面课堂。

实验一:质量测量演示——

没有了重量,是否意味着失去质量?

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”。在失重环境下,航天员们都成了“武林高手”,博得同学们阵阵喝彩。

航天员的表演给同学们带来了疑问:在地面上,人们一般用天平、台秤、托盘秤、杆秤、弹簧秤测量物体受到的重力,从而计算物体的质量。那么,失重环境下怎样测质量呢?

航天员老师用天宫一号上的质量测量仪现身说法。他们从天宫一号的舱壁上打开一个支架形状的装置,航天员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。

王亚平向同学们解释道,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)。

认真的王老师还给同学们布置了一道课后思考题:除了运用牛顿第二定律,还有什么办法可以在失重环境下测量物体的质量?

实验二:单摆运动演示——

太空中的机械钟表走得更准还是静止不动?

演示完质量测量,航天员们又取出一个物理课上常见的实验装置——单摆。

T型支架上,用细绳拴着一颗明黄色的小钢球。王亚平把小球轻轻拉升到一定位置放手,小球并没有出现地面上常见的往复摆动,而是停在了半空中。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型支架的轴心做圆周运动——而在地面对比试验中,需要施加足够的力,给小球一个较大的初速度,才能使它绕轴旋转。

太空实验趣味无穷,地面课堂的学生们也不失时机地向航天员提出他们关心的问题。人大附中早培班学生徐海博举手提问:“航天员老师,您在太空中有没有上下方位感?”

为了回答同学的提问,航天员王亚平在聂海胜的帮助下表演了一套“杂技”动作,分别进行了悬空横卧和倒立。看到航天员老师的精彩表演,同学们兴奋地鼓起掌来。

实际上,航天员在太空中无所谓上和下的方位区别。不过,为了便于工作生活,航天员们为天宫一号人为定义了上和下,把朝向地球的一侧定义为下,并专门在“下方”铺设了地板。

实验三:陀螺演示——

高速旋转的陀螺为什么不会倒下?

物理学原理告诉我们,高速旋转的陀螺具有很好的定轴特性。在太空失重环境下,这一特性更加直观地呈现出来。

航天员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,旋转的陀螺不再翻滚,而是保持着固定的轴向,向前飞去。

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。在天宫一号目标飞行器上,就装有各式各样的陀螺定向仪,正是有了它们,才能精准地测量航天器的飞行姿态。

实验四:水膜演示——

天宫里有没有“飞流直下”的瀑布?

阳光下五彩缤纷的肥皂泡、能够让硬币漂浮的山泉水,总是带给人们很多遐想。这些都是液体表面张力在发挥着神奇作用。

只不过,在地面上,液体表面张力难以抗衡地球引力的影响,只有经过特殊处理的肥皂水、富含无机盐的矿泉水才能表现出比较强的张力特性。但是,在太空失重环境下,液体的表面张力特性便突显出来。

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,在饮水管端口形成了一颗晶莹剔透的水珠,略微抖动水袋,水珠便悬浮在半空中,与天宫一号舱壁上鲜艳的五星红旗图案交相辉映,更显得美轮美奂。

王亚平笑着说:“如果诗仙李白在天宫里生活,大概就写不出‘飞流直下三千尺’的名句了,因为,失重环境下水不可能飞流直下。”

接着,她把一个金属圈插入装满饮用水的自封袋中,慢慢抽出金属圈,便形成了一个漂亮的水膜。轻轻晃动金属圈,水膜也不会破裂,只是偶尔会甩出几颗小水滴。随后,王亚平又往水膜表面贴上了一片画有中国结图案的塑料片,水膜依然完好。这些在地面难得一见的奇特景象,引起了地面课堂同学们的连声惊叹。

实验五:水球演示——

用神奇的液体表面张力变个“魔法”

液体表面张力的威力竟如此神奇!普通的饮用水还能变成更加神奇的“魔法水球”。

王亚平用金属圈重新做了一个水膜,然后用饮水袋慢慢地向水膜上注水,不一会儿,水膜就变成了一个亮晶晶的大水球,水球中还有一串珍珠般的小气泡,仿佛银河系中的繁星点点。聂海胜取出一支注射器抽出水球中的气泡,试验继续进行。

王亚平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。

水球也没有爆裂。

紧接着,王亚平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。

尾声:寄语未来追梦人

太空中的独特环境,不仅可以给人们带来奇妙的体验,还能够实实在在地为人类造福。

王亚平介绍说,在失重环境下,人们能够获取结构更加均匀完整、尺寸更大的半导体晶体,有利于开展材料学基础性研究,优化和改进地面生产工艺。失重条件下冷原子钟的频率稳定度会大大提高,可以应用于高精度的卫星导航定位系统……

奇妙的太空实验令人意犹未尽,航天员老师还专门为地面课堂的同学们留下了课间讨论时间。

听说可以面对面向航天英雄提问,同学们格外兴奋,一个个高高举起手臂,地面课堂嘁嘁喳喳热闹非凡。

人大附中高二年级学生司紫硕首先获得提问机会,她问道:“航天员老师,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?”

航天员聂海胜回答道:“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,因此在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。”

北师大附中高一年级学生毛思锐提问航天员:“您能看到太空垃圾吗?天宫一号是否有应对太空垃圾的防护措施?”

王亚平回答说:“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的几率很小,但数量却不少,一旦与航天器相撞,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,以确保我们的安全。”

潞河中学高一年级学生韩苏阳问道:“请问你们在太空中采取哪些措施对抗失重对人体的不利影响?”

聂海胜回答道:“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,等会儿,我们就会把它重新组装成一辆‘太空自行车’,用来进行体育锻炼。”

正在史家小学读四年级的邱甜同学好不容易等到了提问机会,张嘴就是一串“连珠炮”:“您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?”

王亚平微笑着一一作答:“透过舷窗,我们可以看到美丽色的地球,也可以看到日月星辰,但是我们没有看到过UFO。由于我们处在大气层外,没有大气的阻挡和干扰,看到的星星格外明亮,但是不会闪烁。同样,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。”

……

宇宙无限,探索无尽,同学们提出的问题也仿佛无穷无尽。不知不觉中,时钟已经指向了10点50。带着彼此的眷恋和依依不舍,航天员们要和地面课堂的同学们说再见了。他们每人都为同学们送来了太空寄语——

聂海胜说:“愿同学们刻苦学习,增长知识,为‘中国梦’添彩!”

张晓光说:“深邃太空,奥秘无穷,探索无止境,让我们共同努力!”

王亚平说:“飞天梦永不失重,科学梦张力无限!”

或许,短短几十分钟的太空授课,并不能满足同学们对太空知识的渴求、解答他们的所有疑问。然而,从同学们那聚精会神的亮晶晶的眼眸中,从他们发自内心的掌声欢呼声中,记者真切地感到,一颗颗热科学、追寻梦想、探索未知的种子已在他们心底悄然扎根。人们有理由相信,这一颗颗梦的种子,必将绽放出更多更加绚烂的花朵。

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