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這是中國最高的講臺——在遠離地面300多千米的天宮一號,神舟十號航天員聶海勝、張曉光、王亞平爲全國青少年帶來神奇的太空一課。
這是中國最大的課堂——從首都北京到祖國四面八方,8萬多所中學、數千萬名師生通過廣播、電視和網絡直播,共同收聽收看航天員太空授課,一同領略奇妙的太空世界。
6月20日上午,中新網記者來到設在中國人民大學附屬中學的太空授課地面課堂,與300餘名中小學生一起,現場聆聽航天員老師講課。
序曲:來自太空的問候
10時許,北京市101中學物理教師史藝和人大附中物理教師宓奇登上講臺。簡短的開場白之後,兩位老師爲同學們播放了一段精心剪輯的電視短片——《航天員在太空的衣食住行》。儘管同學們早已從科普讀物和影視作品中瞭解到失重環境的奇妙,可是從大屏幕上看到神舟十號航天員像魚兒一樣自由遊弋,仍不時發出陣陣低語和清脆的笑聲。
10時11分,北京航天飛行控制中心報告,已建立與航天員的雙向通信鏈路。神舟十號航天員的身影清晰呈現在大屏幕上,他們身着藍色艙內工作服,面帶微笑向地面課堂的同學們揮手致意:“同學們,你們好!”
“我是王亞平,本次授課由我來主講。”航天員王亞平輕點腳尖,向天宮一號艙內攝像機鏡頭緩緩飛來。爲了備好課,這位“主講”可沒少下功夫,不僅精心準備了授課內容,向專業教師虛心請教講課技巧,還對個人形象進行了精心設計——紮起了秀氣的馬尾辮。只不過,在失重環境下,精心梳理的馬尾辮變成了蓬鬆的“毽子”,惹得同學們笑作一團。
“大家好!我是聶海勝,擔任本次飛行任務的指令長。”指令長屈尊當起了“助教”,負責配合“主講”管理教具,維護課堂秩序。由於天宮一號是精密的飛行器,航天員們的授課活動必須小心進行,既不能動作幅度太大、干擾到正常飛行,還要當心漂浮的實驗器材、液滴影響到航天器安全。
“大家好!我是張曉光,本次太空授課任務,我擔任攝像師。”在失重環境下,保持自身平衡並不容易。張曉光要先用束縛帶把自己固定在艙壁上,再用手持攝像機保持長時間穩定拍攝,才能把太空授課的精彩圖像傳回地面課堂。
實驗一:質量測量演示——
沒有了重量,是否意味着失去質量?
3位航天員老師“站”穩後,先給同學們露了幾手“功夫”——“懸空打坐”、“大力神功”。在失重環境下,航天員們都成了“武林高手”,博得同學們陣陣喝彩。
航天員的表演給同學們帶來了疑問:在地面上,人們一般用天平、檯秤、托盤秤、桿秤、彈簧秤測量物體受到的重力,從而計算物體的質量。那麼,失重環境下怎樣測質量呢?
航天員老師用天宮一號上的質量測量儀現身說法。他們從天宮一號的艙壁上打開一個支架形狀的裝置,航天員聶海勝把自己固定在支架一端,王亞平輕輕拉開支架,一放手,支架便在彈簧的作用下回復原位。裝置上的LED屏上顯示出數字:74.0,這表示聶海勝的實測質量是74千克。
王亞平向同學們解釋道,天宮中的質量測量儀,應用的物理學原理是牛頓第二運動定律:F(力)=m(質量)×a(加速度)。質量測量儀上的彈簧能夠產生一個恆定的力F,同時用光柵測速裝置測量出支架復位的速度v和時間t,計算出加速度(a=v/t),就能夠計算出物體的質量(m=F/a)。
認真的王老師還給同學們佈置了一道課後思考題:除了運用牛頓第二定律,還有什麼辦法可以在失重環境下測量物體的質量?
實驗二:單擺運動演示——
太空中的機械鐘錶走得更準還是靜止不動?
演示完質量測量,航天員們又取出一個物理課上常見的實驗裝置——單擺。
T型支架上,用細繩拴着一顆明黃色的小鋼球。王亞平把小球輕輕拉昇到一定位置放手,小球並沒有出現地面上常見的往復擺動,而是停在了半空中。王亞平用手指沿切線方向輕推小球,奇妙的現象出現了,小球開始繞着T型支架的軸心做圓周運動——而在地面對比試驗中,需要施加足夠的力,給小球一個較大的初速度,才能使它繞軸旋轉。
太空實驗趣味無窮,地面課堂的學生們也不失時機地向航天員提出他們關心的問題。人大附中早培班學生徐海博舉手提問:“航天員老師,您在太空中有沒有上下方位感?”
爲了回答同學的提問,航天員王亞平在聶海勝的幫助下表演了一套“雜技”動作,分別進行了懸空橫臥和倒立。看到航天員老師的精彩表演,同學們興奮地鼓起掌來。
實際上,航天員在太空中無所謂上和下的方位區別。不過,爲了便於工作生活,航天員們爲天宮一號人爲定義了上和下,把朝向地球的一側定義爲下,並專門在“下方”鋪設了地板。