水膜實驗

　　體重測量

　　水球?qū)嶒?/p>

　　太空陀螺

　　單擺實驗

　　太空課堂引6000萬學生“仰望星空”

　　王亞平“授課”40分鐘

　　專家稱效果“非常滿意”

　　昨天上午10點04分，在距離地面300多公里的天宮一號里，中國女航天員王亞平開始了迄今為止人類歷史上第二次太空講課。地球上，北京人大附中課堂座無虛席，300多名中小學生聆聽了來自太空的“特殊一課”，全國6000多萬學生同步收看了直播。在北京航天中學里，高二“神箭班”的26名同學更是與天宮進行了同主題的實驗。北京101中學的物理老師史藝，作為“太空授課”專家組成員，她為王亞平的太空授課打100分。

　　天地課堂

　　太空教師“飛進”課堂

　　昨天上午10時11分，北京航天飛行控制中心報告，已與天宮一號內(nèi)的航天員建立雙向通信鏈路。

　　“同學們，你們好！”大屏幕上，身穿藍色航天服的王亞平飄浮著來到鏡頭前，微笑著與大家招手見面，她就是這堂課的主講教師。為了備好課，她精心準備了授課內(nèi)容，向?qū)�業(yè)教師虛心請教講課技巧，還扎起了秀氣的馬尾辮。不過，在失重環(huán)境下，精心梳理的馬尾辮變成了蓬松的“毽子”。

　　指令長聶海勝責任重大，作為“助教”負責看管教具。同時，他還將照管天宮一號和神舟十號組合體的飛行，并用專用耳機與地面保持聯(lián)絡(luò)，以備處置意外情況。航天員張曉光擔任太空課堂的攝影師。他用束縛帶把自己固定在艙壁上，保持身體平衡，地面看到的直播畫面，很多都來自他的手持攝像機。

　　聶海勝打坐王亞平一指禪

　　“現(xiàn)在我們是在遠離地面300多公里的天宮一號實驗艙里向大家問好。同學們都知道，失重是太空環(huán)境中最獨特的現(xiàn)象，那么首先讓我們的指令長來給大家表演幾個高難度的動作吧”，剛開始講課，兩位老師就讓地面的學生大開眼界。

　　聶海勝盤起雙腿，慢慢飄了起來，做了一個精彩的“懸空打坐”�！拔疫�有‘大力神功’呢”，話音剛落，王亞平伸出一指，輕輕一點，聶海勝就向艙后飛去，邊飛還邊翻跟斗，引來地面的掌聲和笑聲�！霸趺礃樱�很厲害吧。”王亞平笑著對學生們說：“在太空失重環(huán)境中，我們個個都像是身輕如燕的武林高手�！�

　　A04-A05版采寫京華時報記者張靈 郭瑩 商西綜合新華社中新網(wǎng)

　　[太空]昨天，王亞平展示的第一個實驗是質(zhì)量測量。在太空微重力環(huán)境下，如何稱人的體重呢？王亞平請指令長聶海勝展示如何使用天宮一號中的質(zhì)量測量儀來稱體重。只見聶海勝飄到測量儀前，抓住儀器上幾個扶手，牽引測量儀的鋼絲繩拉開又回來，一旁的電子屏上就顯示出聶海勝的體重：74千克。

　　[地面]26名同學中選出了一胖一瘦兩人，“如何利用體重計讓瘦同學增重、胖同學減重？”在嘗試了各種方法后，同學們發(fā)現(xiàn)，瘦同學慢蹲快站，體重計顯示的數(shù)字變大了；胖同學快速下蹲后，體重計顯示數(shù)字則變小了。溫老師介紹，這就是“增重”和“失重”現(xiàn)象，類似乘坐電梯在起降瞬間時的感受。

　　[解答]航天中學溫鵬老師說，地面體重計要求人保持靜止站立狀態(tài)，重力與體重計支持力是相等的。太空失重，支持力為零，體重計測不出來。王亞平介紹，太空測重儀通過“彈簧—凸輪”機構(gòu)產(chǎn)生恒定力，把聶海勝拉回到初始位置。光柵測速系統(tǒng)測出身體運動的加速度。根據(jù)牛頓第二定律F=ma，算出身體重量。

　　[太空]王亞平演示的第二個實驗是單擺實驗，她拿出一個支架，用細繩將小球連接在支架上，形成了一個單擺。只見王亞平將小球輕輕拉起，神奇的一幕發(fā)生了：小球在空中緩緩地懸浮著。接下來，王亞平推了小球一下，小球開始繞著擺軸做起了勻速的圓周運動。

　　[地面]在教室里，同學們的桌前也放置著這樣的支架。但當大家拿起小球到一定角度松手后，小球便在空中劃著弧線開始往復(fù)擺動。緊接著，再把小球使勁兒一推，小球也繞著擺軸做起了圓周運動，但只繞了幾圈后，便停了下來。

　　[解答]溫鵬說，究其原因還是因為重力作用不同。小球因重力作用下墜，在細繩的拉動下，做起簡諧運動。再給它一個比較大的外力，它也會開始圓周運動。但同時，在重力作用下，小球不停地改變運動狀態(tài)，所以不能像在太空中那樣不停地轉(zhuǎn)圈，最終停了下來。

　　[太空]陀螺是很多人兒時的玩具，大家對它并不陌生。在太空中，王亞平分別展示了靜止的陀螺和高速旋轉(zhuǎn)的陀螺在太空的狀態(tài)。王亞平先對一枚懸空靜止的陀螺施加干擾力，陀螺翻滾著向前運動，軸向發(fā)生了很大改變。隨后，再讓陀螺旋轉(zhuǎn)起來，這次，陀螺不翻滾了，晃動著向前走。

　　[地面]在地面上同學們在老師的指導下，先讓陀螺高速轉(zhuǎn)動起來，然后用手輕輕觸碰，陀螺并未改變轉(zhuǎn)動軌跡，仍然穩(wěn)定轉(zhuǎn)動。據(jù)了解，這涉及陀螺的定軸性原理，實際上在中學課本中并未涉及，屬于大學知識范疇。通過太空實驗演示，讓這一略顯深奧的物理知識得到了很直觀的展示，學生們理解起來并不難。

　　[解答]溫鵬說，高速旋轉(zhuǎn)的陀螺具有很好的定軸性，這一定軸特性在天上地上是完全一樣的。太空環(huán)境中，靜止的陀螺它的軸是不固定的，加之沒有重力，會翻滾著運動。而一旦旋轉(zhuǎn)運動后，由于是圍繞軸運動，即使有干擾力，陀螺仍會穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。正因為陀螺的這一特殊的穩(wěn)定性，在航海、航天中均使用到陀螺儀。

　　[太空]王亞平取出了一個金屬圈，把它插入裝滿飲用水的自封袋中再慢慢抽出來，圈中結(jié)了一個透明的水膜。輕輕地來回晃動中，水膜完好無損�！拔蚁肴绻�詩人李白在天宮中生活，大概他就寫不出‘飛流直下三千尺’的詩句了，因為在失重狀態(tài)下，根本就不可能會‘飛流直下’”。

　　[地面]在地面上，同學們費盡九牛二虎之力，也難以和太空中的王亞平PK。學生們用準備好的吹泡泡筒，輕而易舉地制造出了泡泡膜，但卻不能像王亞平一樣，和泡泡玩“游戲”，泡泡堅持不過幾秒就破裂了。緊接著，大家又試圖用清水吹出泡泡，但也全部失敗了。

　　[解答]溫鵬老師說，在太空失重狀態(tài)下，水的表面張力變大，能輕松地形成水膜。在地面上形成水膜是很難的，因為有重力的影響，一出水就會破裂，而在太空失重環(huán)境中，水的表面張力就會大顯神威。

　　[太空]王亞平用注射器往水球中先后注射了兩個水泡，與地面上不同，這兩個水泡并未融合在一起，而是單獨存在著。隨后，王亞平又用針筒向水球中注入了紅色的液體，紅色的液體在水球中慢慢彌漫，最終將透明的水球染成了紅色水球。

　　[地面]一位同學用紅墨水把一個燒杯中的純凈水染成紅色，之后用滴管吸出一些水，再把它從滴管中緩緩擠出。另一位同學則用放大鏡觀察擠出的水是什么形態(tài)�！笆撬�滴形的，下面大上面小，跟太空里的不一樣�！睂W生們爭先說出自己的觀察結(jié)果。

　　[解答]為什么水滴在太空中能成為一個標準的圓形呢？溫鵬解釋道，由于在太空中沒有外力影響，水只有表面張力，在表面張力作用下水會形成一個表面積最小的形狀，也就是球形。而在地球上，由于重力作用，水滴下來只能形成液滴狀。

　　天地互動實驗用水可以循環(huán)使用嗎？將來空間站循環(huán)用水

　　人大附中高二年級學生司紫碩：剛才的水實驗我覺得非常非常有趣，我還想知道的就是這些實驗用水是你們從地面直接帶上去的？還是在天宮生活中循環(huán)再生的？之后這些水還能夠被回收起來再利用嗎？

　　聶海勝：我們在天宮一號上使用的水都是從地面上帶來的，在太空中資源循環(huán)利用是非常重要和有價值的，這需要先進技術(shù)和復(fù)雜設(shè)備。因此，針對短期飛行還是一次性用水更經(jīng)濟，我國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，我們也進行了部分相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的驗證實驗。我國科研人員將會把中國空間站建設(shè)成為運行高效、節(jié)約的空間站。

　　看到太空垃圾了嗎？

　　發(fā)射前就作了預(yù)警分析

　　北師大附中高一學生毛思銳：在太空中能看到太空垃圾嗎？天宮一號是否有應(yīng)對太空垃圾的防護措施呢？

　　王亞平：在飛行的這幾天，我們還沒有看到太空垃圾，不過事實上太空垃圾確實是存在的。雖然它與航天器相撞的幾率很小，但是數(shù)量卻不少，一旦與航天器相撞，后果將不堪設(shè)想。因此，在發(fā)射前我們就對太空垃圾進行了預(yù)警分析，也對天宮一號采取了相應(yīng)的規(guī)避和防護措施，以確保航天員的安全。

　　怎么應(yīng)對失重對身體的不利影響？

　　體育鍛煉、藥物和體液重新分布

　　潞河中學高一學生韓蘇陽：在太空中需要生活很長時間，采取了哪些措施來應(yīng)對失重環(huán)境對身體的不利影響？

　　聶海勝：在太空，航天員會遇到失重、噪聲、狹小密閉環(huán)境等不利因素的影響。失重會造成人體心血管失調(diào)、骨丟失、肌肉萎縮等。為對抗失重，我們通常采用體育鍛煉、藥物和體液重新分布等方法來進行防護。這次我們帶來了很多設(shè)備，比如企鵝服、套袋、拉力器、自行車供量計等。剛才授課的小講堂，就是自行車供量計改裝的，等一會兒重新組裝成為體育鍛煉的太空自行車。

　　星星會閃爍嗎？看見UFO了嗎？

　　每天看16次日出還沒看到UFO

　　史家小學讀四年級邱甜：在天空中看到的景象和在地面上看到的有什么不同？星星會閃爍嗎？能看見UFO嗎？

　　王亞平：這確實是一個很奇妙的問題。透過舷窗我們可以看到美麗的地球，還可以看到日月星辰，但是到現(xiàn)在為止我還沒有看到UFO。由于我們處于大氣層之外，沒有了大氣的阻擋和干擾，我們看到的星星格外明亮，但是星星不會閃爍。同樣，由于沒有了大氣對光的散射作用，我們看到的天空不是藍色的，而是青翠的黑色。另外我要告訴你們一個很奇妙的現(xiàn)象，現(xiàn)在我們每天都可以看到16次日出，因為我們每90分鐘就可以繞地球一圈。

　　實驗揭秘

　　時間限制許多實驗未演示

　　昨天，太空授課備課組組長邸乃庸表示，“太空授課”對青少年教育非常重要�？梢宰尯⒆觽冎�道太空是什么樣的環(huán)境，跟地面有什么不一樣，它會產(chǎn)生什么樣奇特的現(xiàn)象，將這些呈現(xiàn)給學生，能夠引起學生進一步擴大領(lǐng)域的思考，使中小學生以后再考慮問題的時候，能夠更加全面，同時也更加能夠激發(fā)青少年的科技熱情。

　　他介紹，為使太空授課呈現(xiàn)良好效果，國家專門成立了專家組，“最初，專家們提出了很多實驗，但是不可能都做，最后選擇的是可視性好，便于操作的實驗”。邸乃庸說，此次選擇的都是物理實驗，此前專家組也考慮進行化學實驗，雖然太空中化學實驗中的一些溶液變化與地面實驗不同，但這需要靠航天員進一步解說。最終，專家組選定用眼睛可直觀看出來的物理實驗。此外，實驗選擇上還考慮了航天員是否容易操作及使用簡單的用具。因為航天員并不是實驗人員，實驗的主要目的是告訴學生失重環(huán)境與地面不一樣。

　　他透露，在最初的設(shè)計中，遠不止昨天現(xiàn)場演示的實驗，但由于受到時間限制，最終只演示了這么多內(nèi)容。對于昨天航天員的實驗表現(xiàn)，邸乃庸表示非常滿意。

　　教具飛天成本約達35萬元

　　太空授課教案組金聲老師介紹說，太空授課計劃其實在一年前就開始籌備，本想神九時進行，但神九升空時間較短，而且神九的主要任務(wù)是對接任務(wù)，所以太空授課計劃最終在神十實現(xiàn)。

　　去年9月開始，太空授課教案組開始廣泛征求各方意見，確定實驗計劃。在天宮一號中呈現(xiàn)的幾個實驗，都是經(jīng)過反復(fù)推敲、精挑細選的。“實驗的選擇主要考慮到科普性、可視性、教育性和可實施性四個方面。最終確定演示失重環(huán)境中的力學原理和液體表面張力�！�

　　金聲介紹，往太空帶物品不是斤斤計較，而是克克計較。但這次為了太空教學，帶上天宮一號的“教具”總重量是2.9公斤，也體現(xiàn)了國家對這次太空授課的重視。

　　據(jù)了解，1千克物質(zhì)從地面發(fā)射到近地軌道的空間站約需2萬美元。以此計算，這些教具飛天成本達到5.8萬美元，即35萬元人民幣左右。

　　課時40分鐘系精心安排

　　在授課時間安排上，昨天很多學生都詢問，為什么不能延長時間。對此，邸乃庸解釋，太空授課的40分鐘時間也是經(jīng)過精心安排。主要是因為這段時間的天地通話效果是最好的。他表示，在此前的計劃中，王亞平還將做更多的實驗，但是，他們需要將時間控制在40分鐘內(nèi)，因為這段時間神十經(jīng)過我國所有的測試站，直接測控，其畫質(zhì)、聲音的傳輸效果都是最好的。因此，受到時間的限制，太空授課的時間為40分鐘。

　　師生反應(yīng)

　　學生：不能做航天員也愿做老師

　　40分鐘的太空課學生們?nèi)杂X得意猶未盡。太空課堂激發(fā)了同學們探索太空的好奇心，看到航天員通過直播回答了很多學生的提問后，學生楊南仍覺得不過癮。楊南說，好多問題直播里沒有找到答案，他準備回去后搜集資料繼續(xù)研究。

　　史家小學四年級的邱甜說，她還沒有開始學物理，但通過這堂課對失重、水的張力等有了難忘的記憶，她也特別喜歡漂亮、聰明的王老師，“如果不能做航天員，我也愿意做老師�！�

　　老師：我給王亞平打100分

　　北京101中學的物理老師史藝和來自人大附中的物理老師宓奇，是太空授課專家組的成員。今年春節(jié)前接到任務(wù)之初，他們便向全國中小學生征集最關(guān)心的物理問題。專家組將這些問題提煉成了昨天王亞平在太空中的課程。

　　史藝說，航天員訓練任務(wù)非常繁重，他們與航天員的交流都是斷斷續(xù)續(xù)的，有時候兩周交流一次，有時候則需隔一個月。他們的任務(wù)主要是向航天員介紹從小學到高中學生在物理方面的儲備情況，也會向他們展示一些小實驗。

　　史藝說，王亞平講課內(nèi)容都是她自己完成，此前，并沒有告訴她需要怎么講，應(yīng)該注意哪些內(nèi)容。“如果對王亞平的講課打分的話，我打100分�！�

　　航天員寄語

　　聶海勝：“愿同學們刻苦學習，增長知識，為‘中國夢’添彩！”

　　張曉光：“深邃太空，奧秘無窮，探索無止境，讓我們共同努力！”

　　王亞平：“飛天夢，永不失重。科學夢，張力無限！”

　　太空發(fā)郵件

　　王亞平給前輩回信

　　昨天，完成太空授課的中國女航天員王亞平在天宮一號通過電子郵件，向世界第一位“太空教師”、美國前宇航員芭芭拉·摩根回信。

　　“親愛的芭芭拉·摩根女士：在遙遠的太空收到您的來信，我和我的同事感到很高興，謝謝您對我們的關(guān)心和祝愿，對您為世界載人航天和教育事業(yè)做出的貢獻表示敬佩和敬意。今天，我們順利完成了太空授課活動，與億萬中國學生一起分享了太空的神奇和美妙，收獲了知識和快樂，希望您和世界各地的教師、學生看到后能夠喜歡。飛行期間，我經(jīng)常會通過舷窗遙望我們美麗的家園。太空寄托著人類美好的向往，知識是走向太空的階梯。我們愿與您一道為開啟全世界青少年朋友熱愛科學、探索宇宙的夢想共同努力�！�

　　6年前，芭芭拉·摩根乘坐“奮進號”航天飛機進入國際空間站，通過視頻向?qū)W生展示在太空運動、喝水等情景，上了人類歷史上第一堂太空課，也圓了她21年來的夢想。

　　今年6月13日神十飛天后，62歲的芭芭拉致信王亞平，表達對神十航天員的問候和祝愿，并給予王亞平的太空授課熱切期盼和鼓勵。