陳紅明

【摘 要】神舟十號航天員王亞平在《天空課堂》共做五個實驗都與中學物理知識密切相關，這節(jié)課對物理教學也有很多的啟迪和幫助，為提高學生對航天科技的興趣，和搞好物理學習，對五個實驗作了有效的分析，便于學生理解個中緣由。

【關鍵詞】天宮課堂;中學物理;實驗教學

2013年6月20日，神舟十號航天員王亞平在天宮一號內(nèi)舉行太空授課，這激發(fā)了眾多中小學生對航空航天的興趣。王亞平在《天空課堂》共做五個實驗：在太空中如何測量物體質(zhì)量、單擺運動、陀螺運動、水膜實驗、水球?qū)嶒?。一個副產(chǎn)品——聶海勝“懸空打坐”與王亞平“大力神功”。這些實驗都與中學物理知識密不可分。這節(jié)課對中國無數(shù)的青少年產(chǎn)生深遠的影響，大大激發(fā)同學們對美妙太空的向往，對科學探索的熱情。我自己看了5遍，其中對某些片段更是多次回放，所任教班級集體完整觀看一遍。從學生的眼神中，讀出什么是神奇、什么是美妙、什么是渴求。這節(jié)課對物理教學也有很多的啟迪和幫助，根據(jù)課堂實況，做出文字解讀，以饗讀者。

實驗一：在太空中測物體質(zhì)量

王亞平在天宮一號里，測質(zhì)量的原理是牛頓第二定律，借助先進的測量儀器，容易測出拉力F和加速度a，計算出指令長聶海勝的質(zhì)量74.0kg。中國航天員科研訓練中心主任鄧一兵在國新辦天宮一號與神舟十號載人飛行任務舉行的新聞發(fā)布會上表示，聶海勝參加神十任務發(fā)射出征的當天進行了體檢，體檢是空腹凈重72公斤。鄧一兵表示，在太空授課的過程中，聶海勝用質(zhì)測儀測量質(zhì)量的時候，他當時穿著艙內(nèi)的工作服、內(nèi)衣、艙內(nèi)工作襪，還有艙內(nèi)用鞋，這些質(zhì)量統(tǒng)計起來大約是1.89公斤。所以綜合上面這些信息，太空授課時測量出的聶海勝的質(zhì)量和他的實際體重是基本相符的（來自百度百科聶海勝詞條）。直接驗證物體質(zhì)量不隨地理位置的改變而改變的結(jié)論，這是在地球上難以完成的。

另外，用彈簧振子測質(zhì)量，其測量原理是振動周期T=2π■。

在天空一號里，老師不能用天平、杠桿測質(zhì)量，因為失重，物體對杠桿沒有壓力，不能應用杠桿原理計算。因為失重，物體對彈簧沒有拉力，彈簧測力計測不出物體重力，也不能間接測質(zhì)量。

實驗二：單擺在失重時的運動狀態(tài)

王亞平松開單擺小球后，單擺不往復擺動，而是漂浮在空中，擺線自由彎曲，不產(chǎn)生拉力。輕推小球，給一個很小的速度，小球可在任一平面做勻速圓周運動。跟地球上單擺的特性完全不一樣。

實驗三：高速旋轉(zhuǎn)陀螺的定軸性

高速旋轉(zhuǎn)的陀螺定軸性在地面和太空是一樣的。利用陀螺定軸性原理設計儀器，用于航天器姿態(tài)和軌道測量。王亞平演示了在失重狀態(tài)下，給不旋轉(zhuǎn)的陀螺頂端施加力，陀螺翻滾著向前運動，軸向任意改變。使陀螺旋轉(zhuǎn)起來，給它的頂端施加力，陀螺沒有翻滾，而是晃動著向前運動，軸向不發(fā)生改變。這樣的實驗現(xiàn)象在地面很難做到。在打老蔣的游戲里，高速轉(zhuǎn)動的“老蔣”，能直立旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速降低后，很快就倒下來了。

實驗四和五：水膜、水球?qū)嶒?/p>

把鋼圈伸入水袋的過程中，因為失重，水沒有流出來，在太空中生活的李白，寫不出飛流直下三千尺的詩句。形成水膜后，左右擺動，甩出一大滴水，水膜沒有破裂，往上貼中國結(jié)，水膜沒有破裂，往水膜上加水，做成水球，也沒有破裂。皆因為失重，水膜既可做得厚些，也可做得薄些，充分展示分子間的相互作用的引力的存在。

透過水球看到王亞平的倒立縮小的實像，是凸透鏡成像原理;往水球里注入氣泡，氣泡都能獨立存在;緩慢往水球里注入紅顏色液體，整個球都變成紅色，因為失重紅顏色液體不能流動，只能是分子的無規(guī)則運動的結(jié)果。

最后一個環(huán)節(jié)，學生提問涉及：1.資源回收利用。2.太空垃圾。3.失重環(huán)境對身體的不利影響。4.在天宮一號看地球、看太空看到的是什么樣？王亞平和聶海勝都一一做了回答。

關于失重對身體的影響，聶海勝的回答是，在太空由于失重、噪聲、狹小密閉空間環(huán)境，對人體造成心血管失調(diào)、骨丟失、肌肉萎縮等影響，為了有效對抗失重的不利影響，我們采用體育鍛煉、藥物、體液重新分布等方法進行防護。

關于在天宮一號看地球、看太空看到的是什么樣？王亞平的回答是，透過舷窗可以看到美麗的地球，還有日月星辰，暫時沒有看到UFO。我們處于大氣層之外，沒有了大氣的阻擋，看到星星格外明亮，不閃爍，沒有大氣對光的散射，太空是深邃的黑色。每天可以看到16次日出，因為90分鐘繞地球一圈。

從畫面看，學生提問后，王亞平開口講話有延遲現(xiàn)象，根據(jù)天宮一號離地球約300km，可以估算出延遲時間為0.01s。

最后，來回顧聶海勝“懸空打坐”與王亞平“大力神功”。這一實驗，為牛頓第一運動定律做了最好的演示。不受力的作用時，要么保持靜止狀態(tài)，如“懸空打坐”，要么保持勻速運動狀態(tài)，如被王亞平輕推后的聶海勝，一直勻速運動下去。

【參考文獻】

[1]胡楊.把課堂搬到太空[J].太空探索.2013年第6期

[2]顏美群.“天宮一號”航天事件的微博直播分析[J].新聞知識.2012年第3期

[3]中國科學院空間應用工程與技術(shù)中心.空間應用系統(tǒng)天宮一號目標飛行器和神舟八號飛船交會對接任務[J].中國科學院院刊.2012年第27期

（作者單位：江蘇省泰州塘灣實驗學校）