王亚平天宫教了什么?

太空教学主要针对中小学生,让他们了解失重状态下物体运动的特点和液体表面张力的作用,加深对质量、重量、牛顿定律等基本物理概念的理解。王亚平在天宫做了讲解和实验演示。

1,实验(质量测量)

在神舟十号里,有一个特殊的“质量测量仪”。“太空教学”的助教聂海胜将自己固定在支架的一端,王亚平将连接运动机构的弹簧拉到指定位置。松手后,拉力使弹簧回到初始位置。就这样,聂海胜的体重被测出来了——74kg。

揭示内容:牛顿第二定律

王亚平这样解释这个问题,“其实就是牛顿第二定律F=ma。”即物体受力=质量×加速度。如果你知道力和加速度,你可以计算质量,“弹簧凸轮机构,产生一个恒定的力。”也就是刚刚把助教拉回初始位置的力。此外,还设计了光栅测速系统来测量人体运动的加速度。"

2.实验(单摆运动)

在T型支架上,用细绳系着一个小球。这是物理课上常见的实验装置——单摆。王亚平把球举到一定高度就放了。球像着了魔似的缓慢摆动。然后,王亚平用手指轻推了一下小球,小球开始绕着支架的轴心运动。

秘密内容:太空失重

浙江大学航空航天学院专家:在地面上,单摆的运动周期与摆的长度、重力、加速度有关。但是在失重状态下,没有回复力,钢珠还是在原来的位置。这时,线没有给球张力。

用手推球,相当于给了球一个初速度,同时绳子给球提供了一个拉力。细绳的拉力平衡了离心力,球绕着支架的轴线运动。如果没有绳子的张力,球将以匀速直线运动。然而在地面上,空气的阻力使物体越来越慢,而重力使物体下落。

3.实验(陀螺运动)

王亚平拿出一个陀螺,用手轻推了一下。陀螺居然是向前滚的,路线不可预测。随后,她又拿出另一个陀螺,抽动了一下,然后用手轻轻一推,陀螺就沿着一个固定的轴向前飞去。

秘密内容:角动量守恒

特级教师罗:旋转的陀螺有一个固定的轴。转子的转动惯量越大,稳定性越好;转子角速度越大,稳定性越好。同轴度遵守角动量守恒定律——没有外力力矩的作用,物体的角动量会保持不变。

宇航员施加的瞬时干扰力无法产生持续的扭矩。因为角动量守恒,高速自旋陀螺的旋转轴不会有太大变化。这在地面上很难实现,因为陀螺与地面摩擦产生的干扰力矩等因素改变了陀螺的角动量,使其转速逐渐降低,不能很好地保持旋转方向。

4.实验(制作水膜和水球)

将金属环插入饮水袋后拔出,形成一层水膜。这在地面上很难实现,因为重力会把水膜撕开。那么,这种水膜结实吗?轻轻晃动金属环,水膜没有破裂,只是甩出一小滴水。然后在水膜表面贴一块有中国结图案的塑料,水膜依然完好无损。

更神奇的时刻:在第二层水膜上,用饮水袋不断注水,水膜很快成长为晶莹剔透的水球。水球里面有一系列的气泡,用注射器取出来,但是水球没有损坏。最后,王亚平注入红色液体,红色慢慢扩散,水球变成了漂亮的“红宝石”。

秘密内容:液体表面张力

液体表层分子间的相互吸引就是表面张力,可以使液体表面自动收缩。表面张力是液体分子之间的巨大内聚力造成的,太空中的液滴和地面上的液滴产生表面张力的原理是一样的。在失重状态下,水滴之间没有重力挤压,所有的水滴在表面张力的作用下形成最完美的球体。

扩展数据:

讲座背景

2013年6月中旬,中国女航天员王亚平在中国首个目标飞行器天宫一号上给中小学生上课,成为中国首位“太空老师”。为做好此次科普教育活动,中国载人航天工程办公室会同教育部、中国科协、中央电视台等部门,对活动进行了系统周密的策划。

课件、教具、地面课的准备工作已经完成,航天员也已经培训完毕。这项活动将在组合体运行过程中适时进行,具体时间将综合考虑飞行任务安排、航天员作息、TT&C通信等保障条件最终确定。

讲座的意义

作为继美国之后第二个完成太空教学的国家,此次太空教学不仅将提升国民对太空的兴趣,还将从应用上推动世界大容量信息处理产业的发展,大数据时代的到来将成为世界大容量信息处理产业发展的契机。

同时也意味着中国已经能够对地外飞船进行至少40分钟的实时监控,意味着中国已经具备了对洲际导弹进行全程调整和监控的能力。

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