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太空第一课(图)

http://www.youth.cn  2013-06-21 03:28:00  中国青年网

王亚平昨在天宫一号里成功与人大附中地面课堂330余名中小学生“天地互动”

  太空课的5个物理实验

  实验一:质量测量——牛顿第二定律

  实验二:单摆运动——太空失重

  实验三:陀螺运动——角动量守恒

  实验四、五:制作水膜、水球——液体表面张力

  孩子们的好奇问题

  “在失重的情况下,小胖子也能像航天员一样翻跟头吗?”“在太空中骑自行车是什么感觉?”“太空垃圾如何处理?”“究竟有没有UFO?”“太空辐射对人体会不会造成不良影响?”……

  来自教育家孔子家乡的女航天员王亚平,20日上午在天宫一号里成功进行我国首次太空授课。

  在指令长聂海胜和摄像师张晓光的协助下,王亚平通过质量测量、单摆运动、陀螺运动、水膜和水球等5个实验,展示了失重环境下物体运动特性、液体表面张力特性等物理现象,并回答了学生们关于航天器用水、太空垃圾防护、失重对抗和太空景色等问题。

  设在中国人民大学附属中学的地面课堂里,包括少数民族学生、进城务工人员随迁子女及港澳台地区学生代表在内的330余名中小学生,参加了这堂物理课。全国8万余所中学6000余万名师生通过电视直播同步收看。

  “实验太有趣了。”人大附中高一学生王义铎说,“物理原理我们都学过,但太抽象了,只能死记硬背。今天看了亚平老师的演示,可能一辈子也忘不了。”

  既然太空是失重环境,航天员咽下的食物会不会悬浮在胃里?没能为困扰自己很久的疑惑争取到提问机会,王义铎很遗憾。由于视力问题,这位16岁少年并不认为自己将来可能成为航天员,但他期望有一天能坐上神舟飞船,去看一看宇宙是否像电影里那样浩瀚美丽。

  “青少年的科学精神是人类进步的动力。”载人航天工程总设计师周建平认为,航天活动可以为青少年树立这样一种理念:爱科学、学科学并勇于面对科学风险,美好的科学目标才能实现。

  尽管这是我国第一次利用航天飞行开展科普教育的尝试,但半个多世纪里,航天事业一直是激发民众科学精神的重要载体。

  43年前从头顶飞过的中国第一颗人造卫星“东方红一号”,开启了周建平的科学梦想。今天,30岁左右的年轻一代已成为载人航天工程技术骨干,而他们中的很多人正是在我国航天员杨利伟首次登上太空那一幕的激励下立志投身航天事业的。

  科普教育也是世界航天活动的组成部分。美国女宇航员芭芭拉·摩根曾于2007年8月乘坐“奋进号”航天飞机进入国际空间站,完成了人类第一次太空授课。

  太空授课活动由中国载人航天工程办公室、教育部、中国科协共同主办,持续约40分钟。这一天地互动过程是在我国第三颗中继卫星的支持下实现的。它的亮相同时标志着我国新一代载人航天测控网基本建成。

  至此,神十航天员已在轨飞行接近9天。他们将继续在天宫一号开展空间科学实验和技术实验。

  授课镜头

  【漂浮亮相】

  昨10时11分,神舟十号航天员的身影清晰出现在中国人民大学附属中学报告厅大屏幕上。作为太空授课的“地面课堂”,330多位师生在这里亲身经历与神十航天员天地连线。

  王亚平鱼儿一般向舱内摄像机游来,她是本次授课的主讲。指令长聂海胜则当起了“助教”,负责配合“主讲”管理教具,维护课堂秩序。航天员张晓光是这次授课任务的摄像师,在失重环境下不易保持自身平衡,他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。

  为了更好展示太空失重状态,指令长聂海胜盘起腿,玩起了“悬空打坐”。王亚平用手指轻轻一推,聂海胜摇摇晃晃向远处飘去。

  【太空称重】

  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、弹簧秤测量物体的质量。那么,失重环境下,太空中航天员想要知道自己是胖了还是瘦了,该怎么办呢?

  “质量测量仪”派上了用场,这是从天宫一号舱壁上打开的一个支架形状装置。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。测量结果表明,聂海胜的质量是74千克。

  王亚平解释说,天宫中的质量测量仪,应用的是牛顿第二运动定律:物体受到的力等于它的质量×加速度。实验中设计了一个弹簧能够产生一个恒定的力,还设计了一个系统测出加速度,然后根据牛顿第二定律就可以算出身体的质量了。

  【神奇单摆】

  T形支架上,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形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。

  人大附中早培班学生徐海博提问道:“航天员老师,您在太空中有没有上下方位感?”王亚平说,在太空中,我们自身的感觉在方位上是无所谓,无论我们的头朝向哪个方向,自身的感觉都是一样的,不过生活在太空中,我们也人为定义了上和下,并且把朝向地球的一侧作为下方,并铺设了地板。

  【旋转陀螺】

  地面上常见的玩具陀螺,在太空中成了好教具。王亚平取出一个红黄相间的陀螺悬在空中,用手轻推陀螺顶部,陀螺翻滚着向前移动。紧接着,她拿出一个相同的陀螺,先旋转起来再悬浮在半空中,这一次用手轻轻一推,旋转的陀螺则不再翻滚,而是保持摇晃着向前奔去。

  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。

  【魔幻水球】

  王亚平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。慢慢地向水膜注水,不一会儿,水膜就变成了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,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“红灯笼”。

  ■师生互动

  我国的空间站将采用资源再生和循环利用技术

  奇妙的太空实验结束后,航天员开始回答同学们五花八门的问题。

  同学:航天员老师您好,刚才水的实验我感觉非常有趣,我还想知道这些实验用水是你们从地面带上去的吗?还有就是天宫的生活用水,可以循环使用吗?

  聂海胜:我们天宫一号上使用的水都是从地面带上来的。在太空,资源的循环利用非常重要和有价值。这需要有先进的技术和硕大的设备,因此在短期飞行当中,一次性用水更经济。我国的空间站将采用先进的资源再生和循环利用技术,在天宫一号里,我们也进行了部分关键技术的验证实验,我国科研人员将把中国的空间站建设成为运行高效、节约的空间站,谢谢。

  同学:亚平老师,您在太空中能看到太空垃圾吗?天宫一号是否有应对太空垃圾的防护措施呢?

  王亚平:嗯,在我们飞行的这几天,我们还没有看到太空垃圾。不过事实上,太空垃圾确实是存在的,虽然它与航天器相撞的几率很小,但是数量却不少,而且一旦与航天器相撞,后果将不堪设想。因此,在发射前,我们就对太空垃圾进行了预警分析,也对我们的天宫一号制定了相应的规避和防护措施,确保航天员的安全,谢谢。

  同学:航天员老师您好,我想问您一个问题,就是您在太空中需要生活很长时间,那么您采取了哪些措施来应对失重环境对身体带来的不利影响?

  聂海胜:在太空,航天员会遇到失重、噪声、狭小环境等不利因素的影响。失重会造成人体心血管失调、肌肉萎缩等,为了有效地对抗失重,我们通常采用体育锻炼、药物和体液重新分布等办法来进行保护。这次我们从地面带来了很多设备,例如企鹅服、套袋、拉力器、自行车动量计等。我们现在上课的这个小讲台,就是由一个自行车动量计改造的,等一会儿上完课之后,我们把它马上组装成为一个太空锻炼的自行车,谢谢。

  同学:王老师,您好,请问您看到的窗外的景色和地面上看到的有什么不同吗?能看到UFO吗?星星还会闪烁吗?

  王亚平:嗯,这确实是一个非常奇妙的问题。透过舷窗,我们可以看到美丽的地球,还可以看到日月星辰,但是到目前为止我还没有看到UFO。由于我们处于大气层之外,没有了大气的阻挡和干扰,所以我们看到的星星格外明亮,但是看到的星星就不会闪烁了。同样,由于没有了大气对光的散射作用,我们看到的天空不是蓝色的而是深邃的黑色。另外呢,我要告诉你们一个很奇妙的现象,就是现在我们每天都可以看到16次日出,因为我们每90分钟就可以绕地球一圈。

  本版稿件综合新华社、《法制晚报》

  图片据新华社

  20日上午的太空授课,青少年和全国人民对神秘浩瀚的太空有了更直观的了解。为什么选在上午授课?天地间的授课信号是如何传送的?航天员怎么备课的?万一遇到卡壳怎么办?带着这些疑问,记者连线航天专家为您解读太空授课幕后的故事。

  疑问1

  问:为什么选在上午10点?答:便于学生收看

  北京大学地球与空间科学学院教授焦维新在接受记者采访时表示,太空授课的时间安排首先会考虑航天员整体的工作安排和准备,其次还要考虑中继卫星等下传通信方便的时间,再次还要考虑方便组织学生收看,达到授课效果。

  从时间安排上来看,这次太空授课时间为51分钟。上午10点左右这样的时间段会便于组织学生收看。

  天宫一号和神舟十号组合后,按照天宫一号的运行轨道来运行,组合体运行轨道应该是在距地约343公里的近圆轨道上。通常来说,组合体运行轨道是不变的,如果出现大的轨道偏差,还需要进行轨道维持。专家认为,在授课的时间段内进行轨道维持的可能性不大。

  疑问2

  问:直播点为什么选在人大附中?答:该校是“航天员子弟”学校

  此次太空授课,地面设了三个直播点,分别为北京人大附中、江西南昌的阳明学校和浙江春晖中学。

  王亚平的授课内容主要是微重力环境下,物体运动的概念以及一些物理概念,了解失重条件下物体运动的特点、液体表面张力的作用,这些内容比较适合中学生来听。

  据悉,我国目前处于尖端的14名航天员中,约有10名航天员的子女都曾经或者正在人大附中读书,包括杨利伟、费俊龙、聂海胜、刘伯明、翟志刚的孩子。从这一点来说,如果称飞行员大队是培养航天员的摇篮,那么人大附中就是培养航天员子女的摇篮。

  浙江春晖中学是一所百年名校,创建于1908年。创办之初,国内文化教育界的夏丏尊、蔡元培、丰子恺、何香凝等著名人士前往执教。校内完好保存着一批20世纪20年代的经典建筑,记录着这所百年名校的沧桑历史。早在1997年8月,学校被定为中央教育科学研究所实验基地。春晖中学凭借其深厚的历史文化底蕴,优美的自然环境和学生活跃开放、素质全面的优势入选。

  位于江西南昌的阳明学校,90%的学生是外来务工人员子女,这座占地15亩、建筑面积1.5万平方米的九年一贯制义务教育学校,可容纳教学班36个、学生1800人,各类现代化教学功能房一应俱全。自2009年8月动工之日起,就被媒体誉为江西南昌市“最牛”农民工子弟学校。

  疑问3

  问:为什么选择神十进行太空授课?答:时间更充裕

  我国原定由神舟九号航天员在太空为青少年授课,但后来因任务紧张而取消了。焦维新介绍,神舟九号时,我国已经具备了太空授课的条件。神舟九号在轨运行时间为13天,神舟十号在轨运行时间为15天。从时间上来看,神舟十号的时间相对于神舟九号来说更加宽裕。

  此外,因为神舟十号和神舟九号有较好的继承性,优化了航天员的工作程序和作息时间安排,增加了工作项目的时间余量,这样的安排更加适合航天员开展太空授课。

  此前,据新华社报道,神舟十号飞行主要以科学试验为主,本次神舟十号共承担三十余项科学试验,是神舟九号的两倍多,主要包括航天器技术、航天医学和公益活动等,航天员在授课时也是在做试验。

  美国女航天员摩根太空授课的内容是介绍和演示太空生活,而我国女航天员王亚平太空授课的内容是介绍和演示物理概念,所以后者科技含量较高,但难度也较大。

  疑问4

  问:三人如何分工?答:聂海胜任助教 张晓光任摄像师

  20日早上6点多,三名航天员就已起床,7点多便进入了工作状态,为太空授课做一系列准备。在本次太空授课中,王亚平担当主讲,指令长聂海胜担任助教,张晓光任太空摄像师。尽管分工不同,但三名航天员都相当看重这次机会,进行了长时间的备课与实验。

  在地面训练时,完全没有授课经验的王亚平十分担心授课时无话可讲。因此,她专门复习了中学物理原理,并进行了授课技巧培训。王亚平笑着说,她曾给院里的孩子们试讲过,“至少能吸引到他们的注意”。而进入天宫一号之后,王亚平几乎每天都抽出时间准备实验,希望将奇特的物理现象在太空演示给观众欣赏。

  而身为助教的聂海胜,其实还有一个身份是主讲备份,防止王亚平身体出现状况时,主讲之位空缺。

  此外,摄像师张晓光曾多次向中央台摄像师请教“推拉摇移”的专业技巧。在天宫一号中,张晓光一有机会就拿手持摄像机进行飘浮拍摄,希望能将最稳定最美丽的画面传送给观众。

  据张晓光介绍,为了保证摄像的稳定性,除了使用脚限制器固定下肢外,还要保证单手拍摄,另外一只手扶住支撑物。

  疑问5

  问:为什么选在天宫一号授课?答:数据传输本领强

  从摄像头的数量上讲,天宫一号的摄像头数量是4个,即舱内2个,舱外2个。舱内摄像机视场角度达超广角100,成像效果更好,色彩更鲜艳。值得一提的是,经过两年运行,天宫的摄像头工作状态依旧良好。随着中继卫星相助,天宫一号数据传输的本领比神舟飞船大大增强。图像数据传输速率是飞船的近4倍。因此,天宫一号舱内摄像头拍到的王亚平太空授课图像传输到地面,将比飞船传输的图像更为清晰。

  ■链接

  中美“太空教师”互致祝愿

  据新华社电 刚刚完成太空授课的中国女航天员王亚平,20日在天宫一号通过电子邮件向世界第一位“太空教师”、美国前宇航员芭芭拉·摩根发去回信。回信全文如下。“亲爱的芭芭拉·摩根女士:在遥远的太空收到您的来信,我和我的同事感到很高兴,谢谢您对我们的关心和祝愿,对您为世界载人航天和教育事业做出的贡献表示敬佩和敬意。今天,我们顺利完成了太空授课活动,与亿万中国学生一起分享了太空的神奇和美妙,收获了知识和快乐,希望您和世界各地的教师、学生看到后能够喜欢。飞行期间,我经常会通过舷窗遥望我们美丽的家园。太空寄托着人类美好的向往,知识是走向太空的阶梯。我们愿与您一道为开启全世界青少年朋友热爱科学、探索宇宙的梦想共同努力。”

  从小学教师训练为职业宇航员的芭芭拉·摩根,是于2007年8月乘坐“奋进号”航天飞机进入国际空间站的。在人类第一次太空授课中,她通过视频向学生展示了在太空运动、喝水等情景。

  6月13日,62岁的芭芭拉致信王亚平,表达了她对神舟十号航天员的问候和祝愿,并对王亚平担任首位中国太空授课教师给予热切期盼和鼓励。

  地面教师也有“太空经历”

  20日上午10时04分开始,女航天员王亚平在距离地面约300多公里的太空轨道上,为地面的中学生上了一堂“太空课”。

  地面课堂上,一位留着一头短发,身穿红色小西服、深色裙子的女老师,一直在配合王亚平引导学生观看、提问,她就是北京101中学的物理老师史艺,另一位男老师,是来自北京人大附中的物理老师宓奇。

  两位老师很紧张

  10时04分,两位地面的授课教师正式出现在讲台上,就像在上一堂中学时代最普通的物理课。

  9时40分左右,记者走到前台,想和两位老师聊聊,但两位老师都拒绝了。面对闪光灯,他们的表情很不自然。在前台隔壁一个简陋的工作室里,两个人几乎没交谈,只是来回踱步。

  起初两位老师的声音还有些许的紧张。不过,很快,这两位老师就放松了,尤其是在王亚平这位太空老师出现后,他们两个仿佛也变成了学生。

  他们全神贯注地看着画面,完全被吸引进去了,他们是不是也在想,如何在课堂上也把中国结贴在水膜的表面。

  史艺:年初接到任务

  “对于我自己的表现,应该是你们来打分。”任务结束后的史艺显得轻松活泼。在太空授课结束之后,101中学的史艺接受了记者的采访,对于自己的表现,她谦虚地回避了评价,对于太空老师王亚平,她给予了高度评价,“她有做老师的潜力。”

  做了18年物理老师的史艺说,今年年初她就接到了这项任务,她和航天员在一起有过一段工作经历,就整个授课过程有过充分的沟通和交流。

  20日的太空授课内容有专家组的指导。同时,两位老师和航天员也充分了解了从小学到中学期间学生们的知识储备,了解他们掌握了哪些相关的物理知识,并同中小学生进行了充分沟通,了解到他们关注的感兴趣的问题。“这些实验项目是共同确定的,包括专家组的建议。”史艺介绍。“这是我一生中最美好的回忆之一。”她说。

  史艺入选“太空课”的地面教师,也是因为有过太空教学的经历。此前,101中学物理组和北京大学天文学会合作,共同成立了“太阳物理观测小组”。

  2013年4月,史艺老师参与了太空授课相关准备工作,并受邀在航天科研训练中心为航天员主讲《与在轨授课相关的中学物理知识简介》。

  据《法制晚报》

  稿件综合《法制晚报》《新闻晚报》

编辑:刘钊汐 来源:山西新闻网 山西晚报 

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