人间天上知几许 ——太空授课文字实录管理.docVIP

人间天上知几许 ——太空授课文字实录 　　这是一堂有史以来“班容量最大的科学课”，它的讲台位于300多公里外的太空，堪称“史上最高”。这是一场别开生面的天地对话—— 　　时间： 2013年6月20日上午10时 　　地点： 天宫一号实验舱—— 　　中国人民大学附属中学报告厅 　　授课人：神舟十号航天员王亚平 太空测量质量 　　王亚平：同学们，你们想想看，我们这台质量测量仪用的是什么物理原理呢？其实就是我们学过的牛顿第二定律。我们知道，“物体受到的力等于它的质量乘以加速度”。那如果我们想办法测出力和加速度，就可以算出质量了。因此，我们设计了一个“弹簧—凸轮”机构，能够产生一个恒定的力，就是刚才把指令长拉回到初始位置的力。我们还设计了一个光栅测速系统，能够测出刚才身体运动的加速度。然后根据牛顿第二定律，就可以算出身体的质量了。怎么样，很巧妙吧！ 　　王亚平：接下来我想再问同学们一个问题，在太空中除了可以用这种装置测质量外，还能有什么办法测质量呢？同学们注意看我的操作，来小小地启发大家一下！这是我刚才展示的弹簧。现在，我把两个弹簧拉到同一位置，松手，同学们你们看到了吧？两个物体的振动频率明显不一样。这一现象与地面上是完全一样的。那同学们想想看，我们可不可以利用这一现象来设计出一种测质量的方法呢？这个问题就留给你们来慢慢思考吧。 太空单摆运动 　　王亚平：好，开始我们的下一个演示。同学们看，这是一个支架，这根细绳将小球连接在了支架上，形成了一个我们地面上常见的单摆。现在，我把它固定到我们的展示平台上。现在我把小球放到这个位置，同学们想一下，如果此时我松手，小球会出现什么样的现象呢？噢，它并没有像在地面上一样做往复摆动，那我们把它提高一点，放到这儿，再松手，嗯，它还是没有做往复摆动，这是为什么呢？因为在太空中小球处于失重状态，没有了回复力，所以不能像在地面上一样做往复摆动。 　　王亚平：那如果我们推小球一下，小球又会如何运动呢？同学们你们看到了吗？非常的神奇，现在小球竟然在做圆周运动。好，我们换个方向再来给大家演示一下。哎，它仍然在做圆周运动，这是因为在太空中，小球处于失重状态，即使我们给小球一个很小的初速度，它也能绕摆轴做圆周运动；但是在地面上却需要一个足够大的初速度才能够实现。 　　王亚平：同学们你们可以对比一下地面的单摆运动，它们不一样吧？好，在开始我们的下一个演示之前，同学们，你们有什么问题吗？ 　　同学：王老师好，我非常羡慕您能够漂浮在空中给我们讲课，我想知道你们在太空里还有没有上和下的方位感呢？谢谢。 　　王亚平：嗯，这是一个非常有意思的问题，这样吧，让我首先来给大家表演一个杂技。不过呢要请我们的指令长帮一下忙，先把我转90度。现在呢，对我来说，这边是上，这边是下。好，请指令长再把我转90度，现在呢，对于我来说，这边又是上，这边又是下。好，让指令长把我转回来吧。同学们你们看到了吧？在太空中我们自身的感觉，在方位上无所谓上和下的区别，无论头朝向哪个方向，我们自身的感觉都是一样的。不过在天宫里，为了便于工作和生活，我们也人为地定义了上和下，并且把朝向地球的一侧作为是下方，并铺设了地板。 太空陀螺运动 　　王亚平：接下来呢，我给大家展示一个我们小的时候都很喜欢玩的玩具。同学们，你们知道它是一个什么吗？ 　　同学：陀螺。 　　王亚平：嗯，我相信你们都知道，它是一个陀螺。我们都知道，高速旋转的陀螺具有很好的定轴性，陀螺这一定轴特性在天上地上是完全一样的，因此有很多设备都是用陀螺组合来定向，那在我们居住的天宫里，也安装了不少的利用陀螺的定轴性原理制作的仪器，用来测量航天器的姿态。 　　王亚平：不过接下来我要给大家演示的现象，在地面上可是很难做到的，不过在太空失重环境中就很容易实现。你们要仔细地看哦！现在，我把静止的陀螺放在这儿，给它一个干扰力，哎，同学们，你们看到了吧。现在这个静止的陀螺在翻滚着向前运动，它的轴向发生了很大的改变。好，把它抓回来。现在，我要让它旋转起来，把这个旋转的陀螺放到同样的位置，给它同样一个干扰力，这次，它不翻滚了，而是晃动着向前走。 　　王亚平：好，把它再抓回来。我们这里还有一个陀螺，它们俩是一样的。为了让同学们看得更清楚一些，接下来我要把它们俩放到一起，一个静止，一个转动，给它们同样的干扰力，首先我们让其中的一个转起来，把它放到上面，把这个静止的陀螺放到下面，给它们同样的干扰力。非常的有意思，现在静止的陀螺翻滚着向前移动，而旋转的陀螺虽然是晃动但是轴向基本没有改变。 　王亚平：刚才我们给大家演示了一些物体运动的现象，接下来呢，我要给大家演示一些与水有关的有趣现象。同学们看，这是一个我们在太空中喝水用的饮水袋，这里有一个止水架，现在我把它打开，如果在地面，此时水肯定是会流下来的。但是，在太空中失重环境下，水是不会自