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重温七年前:王亚平老师向孩子讲述了怎样的“太空第一课”(附资源下载)

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神州十三号发射成功后,中国航天员即将在太空出差六个月了。

孩子看着航天员顺利进入空间站的视频,格外认真。

在视频中,王亚平的“冲天辫”格外吸引我家俩孩子的注意力,他们一直问我,“妈妈,为什么头发会竖起来?妈妈,那女航天员在空间站怎么洗头发呀?像你平时洗头发一样吗?”

想必,在孩子眼中,这是最酷的发型: 一发冲天


对于孩子五花八门的提问,让我想起了2013年神州十号升空时,全国6000万中小学生也隔空对着王亚平来说提出各种各样的 “太空问题”

现在已经7年过去了,听到王亚平老师“出差”的消息,已经很多人在网络上隔空喊话:“预定王老师的太空第二课”。▼




昨天周日,我们也趁着空隙时间,跟孩子重温了这个有特殊意义的 “神舟十号太空授课” ,隔了七年,可是宇宙还是那个宇宙,还是那个“时间无尽永前、空间无界永在、质量无限永有”的存在。▼


能成为航天人真正上太空,那是百万分之一的概率,但是我想让孩子从小就明白为什么太空空间站对中国很重要。

在那个神秘又遥远、几代人持续努力不懈创造的空间站上,到底会将如何影响和改变我们的生活和未来,我希望孩子从小能够种下,一颗科研的种子,跟着科学技术进步,找到自己的未来方向!

首次太空授课说了啥

今天,作为课代表,我先跟大家回顾下神舟十号太空授课的 背景 。中国是第二个完成太空授课的国家,此前的所有关于空间站的科普教育课堂,主要都还是美国主导,在它的航天网站上可以看到系列专辑。

在神州十号太空授课时,中国课堂也有自己的风格特色,教授的内容平易近人,贴近生活,现在仍然有“中华神功”的美誉,主要分为授课项目几个部分,以及我整理出来的背后物理知识(都是初高中要学的考点,带你回顾一下中学教材):▼



让我们一起重温下7年前的历史性一刻,重新当回中学生,跟着王亚平老师,走进空间站蕴含的科学奇妙吧!


航天人在第一课的分工

在2013年的太空第一课里,三位宇航员,聂海胜、王亚平、张晓光,其中他们的分工是这样子的:

  • 主讲老师:王亚平

  • 助讲老师兼指令长:聂海胜

  • 全程摄像:张晓光


太空悬空打坐

被誉为 “中华神功” ,起源于王亚平老师和聂海胜老师在课堂上的幽默示范。

首先,聂海胜盘起双腿,在实验舱里慢悬浮起来,摆出一个“悬空打坐”的姿势。▼


王亚平老师轻轻一推,聂海胜就向舱后忽悠悠漂过去,边飞行边翻跟头。▼


和当年全国6000万名中小学生的反应一样,这个现象当然好笑,我家俩孩子看到的时候也乐得不得了。

背后的原因当然是因为 失重 。因为太空失重的环境,各个宇航员都是“身轻如燕的武林高手”。

别小看这个轻松的开场白,其实已经体现了两个知识点:一个是圆周运动

是的,空间站飞船正绕着地球做匀速圆周运动,空间站里的任何物体在飞船里都属于完全失重状态。


另一个是牛顿第一运动定律

如果一个运动物体不受任何阻力,那么它就会以不变的速度一直运动下去。


考考你,还记得伽利略的理想实验吗?


失重环境下称体重

在失重的太空中,地面测量不再起作用的时候,又如何知道自己是胖了还是瘦了,要怎么 称重量 呢?这是王亚平老师提出来的下一个问题。

在课堂上,有一样专门的“质量测量仪”,助教老师聂海胜亲自上场示范如何使用。▼


首先需要先将自己固定在支架一段。▼


然后在把连接运动机构的弹簧拉到指定的位置。▼


松手,松力就会让弹簧回到初始位置。▼


这样子就可以得出聂海胜的重量——74千克。

这里运用的物理学原理是:牛顿第二运动定律

F(力)= m(质量)x a(加速度)


还记不记得高中学的知识?

小球的单摆运动

接着,王亚平老师又开始讲解小球的单摆运动。

她先拿出一个非常常见的支架,然后细绳上拴上小球,形成了一个单摆装置。▼


然后把小球拉到一定的高度,提出了一个问题:“如果我把小球放掉,小球会怎么样呢?”▼


结果魔法出现了,小球并没有像地面一样进行快速摇摆,而是缓慢摆动。▼


当王亚平老师用手指轻推小球时,小球竟然开始绕着支架轴心进行圆周运动,虽然速度极其缓慢。▼‍


这里体现了两个知识点:一个是单摆模型

像小孩子坐秋千、钟摆摆动,其实背后的原理都是单摆运动。


这是在地球上非常常见的机械运动。蛋白的运动周期与摆的长度、重力、以及加速度是密切相关的。

但到了太空失重环境下,因为已经没有了回复力,所以球就会静止在原来的地方。

当王亚平老师用手去推小球时,有绳子拉着,小球就做圆周运动,绕着支架轴心。

如果没有绳子拉着,那小球会怎么样呢?就做匀速直线运动

但在地球上,因为有空气的阻力,所以小球就会逐渐缓慢下降,最后停下来。但这个情况,在太空中是不会发生的。

太空的旋转陀螺


陀螺这个玩意我们想必都很熟悉,前两天孩子还在家里做了一个 电动陀螺 ,就是只要给它一个初速度,就会围绕中心不停旋转,很多孩子都很喜欢玩。▼

但当王亚平老师拿出陀螺的时候,同样奇妙的事情发生了。 在太空失重环境下,陀螺的特点被更直观地呈现出来。


将陀螺悬浮放在空中。 用手轻轻推陀螺顶部,陀螺就翻滚着飞向远处,再给陀螺一个力,陀螺就会翻滚着飞向远处。


这个时候问题来了:如果先将陀螺 旋转 起来,再给它一个干扰力,陀螺还会跟之前一样运动吗?

王亚平老师直接示范,先让陀螺旋转起来,悬浮在半空中,再用手轻轻一推,旋转的陀螺不再翻滚,而是保持着固定的轴向,向前飞去。▼


这个对比视频,你会看得更为直观。▼


这里体现了一个知识点:角动量守恒定律。在不受外界作用时,角动量是守恒的。


高速旋转的陀螺在航天领域的用途是很广泛的,比如各式各样的陀螺定向仪,因为有了这个仪器,才可以精准地判断航天器的飞行姿态。


它的工作原理,便是通过角动量守恒来实现。回转仪的核心区器件是一个转动惯量较大的转子,转自一旦转动起来,它的角动量将守恒,即其指向将永远不变,就能实现导航作用了。

水膜实验,水球演示

接下来的实验是王亚平老师取出一个 航天员饮水袋 ,打开吸水管上的止水夹,没有水流出来。▼


她又轻轻地挤动水袋,在饮水管端口形成了一颗晶莹剔透的水珠,微微抖动,水珠便悬浮在空中。▼




接着,她拿出金属圈,把水袋打开,将金属圈伸进水袋里,再轻轻拉出来。▼


这时,一个漂亮的水膜出现了,水膜就像一个气球,尽管来回摇晃,但是始终不会破裂。▼


接着,王亚平老师往水膜上加水,水膜逐渐加厚,渐渐地变成了一个很大的晶莹透明的水泡。▼


‍然后,她又用注射器往水球中注入空气,在水球中产生了两个大小不一的球形气泡。▼


王老师又将红色液体用注射器注入水球中,红色液体慢慢地扩散开来,晶莹透明的水球变成了粉红色。▼



我家孩子看到这里,简直惊呆了。

没想到在太空失重状态下,一点点普通水也能够轻松形成漂亮的水膜,

更没想到在太空失重状态下,两个气泡竟然不会融合,而是单独存在!

这里体现了一个知识点:液体表面张力

液体表面存在一种“表面张力”——就是“水面”有被向内拉紧的力量。那“水面”被表面张力拉紧后的结果是什么呢?那就是水面会变得跟橡皮膜一样“结实”。


这样子的“橡皮膜”,完全是可以放下一个中国结。▼


诸如此类的发现看似简单,但对航天研究意义重大。


从小种下的航天梦

我家俩孩子年幼,看完神州十号后的太空科普课,他们久久缓不过神来,看着7年前小朋友跟王亚平老师们的对话,他们说,“每一个问题,都是我感兴趣的!”

“实验用的水是从哪里来的?”

“你们可以看到太空垃圾吗?”

“在太空如何感受到上下的方位?”

“请问你们在太空看到的景色和地面一样吗?能看到外星人吗?”

……

好喜欢王亚平老师说:


“透过舷窗,我们可以看到美丽的地球,可以看到日月星辰,但到目前为止,我们没有看到外星人。 由于我们处在大气层之外,没有大气层的阻挡和干扰,所以我们看到的星星格外明亮,但是却不会闪烁。 同样,没有大气的阻隔,我们看到的天空不是蓝色的,而是黑色的。 另外,告诉大家一个奇妙的现象,我们每天可以看到16次日出。”

我想很多孩子,都曾经幻想过成为一名宇航员,我家孩子看完后也跟我说,好想飞上天啊。但我更想通过这些故事,让孩子去看看成就宇航员背后的整个科学家团队的合力。

这个神舟十号的太空授课,一共20分钟,很值得和孩子一起好好细品,在公号后台的消息框回复“太空课”,就可以下载这个视频了。

昨天看了一段新闻视频,长二F火箭总设计师容易接受了采访。她说:


在这采访中,让我最印象深刻的有16个字:

极端负责

小中见大

精益求精

挑战自我

这16个字不是航天员专属的品质,而是 每一个航天事业的成员 ——无论职位高低,无论是台前还是幕后,无论是科学家还是飞行员,无论是有没有登上太空的宇航员—— 共同保持的品

神舟十二号升空的时候,我曾经收到这样一个留言,说: “我们现在举国欢庆到底有什么意义,人家美国早就已经玩遍了所有能玩的东西,我们才是人家的皮毛,就欢呼雀跃成这样子,真没见识。”

看完这个留言,我当场就沉默了,想了很久不知道该如何回复,这句话一直就像根刺一样,至今埋在我心里。

我不知道那读者是身在哪个国家,如今又从事哪个行业和职位,但是我觉得这样子的思考角度,是片面的,听到黄皮肤人这么说,我又觉得很悲哀。

的确,如果现在孩子英语好一点,直接登录到NASA或者相关的网站上,你会看到更多的科学实验,航空教育,科普知识,有很多更让人眼前一亮、目惊口呆的科学实验,足够让你拍案叫绝。这是值得佩服的,因为这是人家花了几十年沉淀下来的科学进步,它在航天领域的科学积累就是比我们强,这是客观现实。

但:知不足,然后能自反也;知困,然后能自强也。
这便是新中国成立以来,我们前辈一直在做的事情。

中国用了40年走完了别人家400年的现代化进程,在全球被封锁的至暗时刻,靠一国之力,把一个一个火箭送上天,这几十年来,有那么多无私奉献的科学家和飞行员为了中国的航天事业前赴后继……

包括现在举国立志要做的全国科学素质的培养 ,无一不是在宣告我们的决心:科学技术是第一生产力。(点击回顾:《》)

的确,我们的起点比别的国家要晚,舆论也有人认为国外的月亮始终更圆一点,认为起跑线慢了,就失去了先机。

但又如何?既不能代表现在,也不能代表未来的起跑线能说明什么??

中国已经用实力向世界发声,我们正越来越强,正步步成长,并用集体的力量、众志成城,为自己的国力挣出一片天地。

哪怕前路再漫长,只要拥有极端负责、小中见大、精益求精、挑战自我的态度,就不会怕走歪路、走不稳,就不怕触碰不到远方的星辰大海。

我爱我的国,我也希望我的孩子,能保持 中国科学家的意志和信念

不管别人怎么说,让我们走自己的路。仰望星空,脚踏实地,勇往直前!

让孩子从小种下科学家的梦想,向中国科学家、航天员、航天事业全体成员致敬、学习!只有记住“人当自强自立”,为自己积累足够的实力,才有未来能向梦想拥抱的可能。

少年强,则国强!

——END——

萌芽有话说:

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