本报记者 李飞
20日上午,山东师范大学附属中学物理高级教师曹立组织高一8班全体同学观看了王亚平的“太空授课”。活动结束后,曹老师就王亚平“太空授课”进行了点评和解读。
“整堂课精彩纷呈,学生掌声不断。”曹老师认为,一方面王亚平的授课思维缜密、语言流畅、生动有趣,演示实验简洁清晰；另一方面,航天员所使用的道具虽然经过精密设计,但都是来自日常最普通的东西,所以感觉奇妙又很真实。“能够学习这样一堂物理课,我觉得特别有收获,学生们听了都大呼过瘾。”
对太空授课中涉及的几个基础物理实验,曹老师一一进行了解读。
●物体质量测量 利用牛顿第二定律原理
曹立说,这个实验,王亚平用的是质量测量仪,利用了牛顿第二定律(F=ma)的原理,物体受到的力等于它的质量乘以加速度。将航天员固定在一个位置,给他施加一个恒定的力把拉他回来,可以用仪器测定出加速度a,用m=F/a就可以直接计算出航天员的质量。
曹立说,此外,可以用弹簧振子来测量物体的质量,也可以使用圆周运动、动量守恒等多种方法测量。
●单摆运动演示 太空舱有空气阻力 小球圆周运动会渐停
对于这个实验,曹立介绍,王亚平用的仪器是最简单的单摆装置,在地球上类似荡秋千或者钟摆。但在太空微重力环境下,小球处于悬浮状态,放到任何一个地方松手会静止不动。如果给小球施加一个力,小球不是来回摆动,而是将会做匀速圆周运动。
曹立表示,如果没有空气阻力,在真空环境中,小球将一直不停地做圆周运动。但宇航员在太空舱里的环境是有空气的,这样就会有空气阻力,小球就会逐渐停下来。
●陀螺演示 太空中陀螺 可以一直转下去
对于陀螺演示,曹立解读说,这就是平时大家玩的陀螺,陀螺不转时,会歪着,但转动起来,就不会歪了,这就是陀螺的进动性和定轴性。“宇宙飞船为什么在太空中保持一个姿态飞行,不来回翻滚,就是靠陀螺来平衡。”
曹立表示,在太空中,陀螺可以悬空,可以一直不停地转。高速旋转的陀螺由于进动原理,有很好的定轴性。这种定轴特性无论是在太空中还是在地球上是完全一样的。因此可以用陀螺组合来定向。
●水膜演示 水的表面张力在起作用
对于水膜演示,曹立说,把装水袋中的水利用金属圈慢慢拉出来,就会形成水膜,这主要是太空中水的表面张力起的作用。“晃动这个水膜,会发现其实这个水膜很结实。”
曹立说,王亚平之所在水膜上粘上一个中国结,一方面具有一定的寓意,另一方面也是为了验证水膜的结实,没有破裂。“这属于液体对物体的一种吸附作用,就类似把纸贴到有水的玻璃上。”
●水球演示 没有重力气泡 不会漂浮出来
以水滴演示到水膜演示,再到水球演示,曹立认为这属于连贯性的实验,都是太空中水的表面张力在起作用。
在水膜上加水,水膜一点一点变厚,会变成大水球。在水球中注射气泡,气泡在球里面。在水球中注射红色液体,水球整个变成红色。由于没有重力,气泡只会在水球中,不会漂浮出来。“可以说是一种扩散现象,比如,一瓶清水中滴上一滴墨水,墨水就会扩散,导致水变了颜色。”曹立说。
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