王亞平太空實(shí)驗(yàn)小論文
論文常用來(lái)指進(jìn)行各個(gè)學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究和描述學(xué)術(shù)研究成果的文章，下面是關(guān)于王亞平太空實(shí)驗(yàn)小論文的內(nèi)容，歡迎閱讀！
【摘 要】神舟十號(hào)航天員王亞平在《天空課堂》共做五個(gè)實(shí)驗(yàn)都與中學(xué)物理知識(shí)密切相關(guān)，這節(jié)課對(duì)物理教學(xué)也有很多的啟迪和幫助，為提高學(xué)生對(duì)航天科技的興趣，和搞好物理學(xué)習(xí)，對(duì)五個(gè)實(shí)驗(yàn)作了有效的分析，便于學(xué)生理解個(gè)中緣由。
【關(guān)鍵詞】天宮課堂;中學(xué)物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué)
2013年6月20日，神舟十號(hào)航天員王亞平在天宮一號(hào)內(nèi)舉行太空授課，這激發(fā)了眾多中小學(xué)生對(duì)航空航天的興趣。王亞平在《天空課堂》共做五個(gè)實(shí)驗(yàn)：在太空中如何測(cè)量物體質(zhì)量、單擺運(yùn)動(dòng)、陀螺運(yùn)動(dòng)、水膜實(shí)驗(yàn)、水球?qū)嶒?yàn)。一個(gè)副產(chǎn)品――聶海勝“懸空打坐”與王亞平“大力神功”。這些實(shí)驗(yàn)都與中學(xué)物理知識(shí)密不可分。這節(jié)課對(duì)中國(guó)無(wú)數(shù)的青少年產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，大大激發(fā)同學(xué)們對(duì)美妙太空的向往，對(duì)科學(xué)探索的熱情。我自己看了5遍，其中對(duì)某些片段更是多次回放，所任教班級(jí)集體完整觀看一遍。從學(xué)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(duì)物理教學(xué)也有很多的啟迪和幫助，根據(jù)課堂實(shí)況，做出文字解讀，以饗讀者。
實(shí)驗(yàn)一：在太空中測(cè)物體質(zhì)量
王亞平在天宮一號(hào)里，測(cè)質(zhì)量的原理是牛頓第二定律，借助先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器，容易測(cè)出拉力F和加速度a，計(jì)算出指令長(zhǎng)聶海勝的質(zhì)量74.0kg。中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心主任鄧一兵在國(guó)新辦天宮一號(hào)與神舟十號(hào)載人飛行任務(wù)舉行的新聞發(fā)布會(huì)上表示，聶海勝參加神十任務(wù)發(fā)射出征的當(dāng)天進(jìn)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(guò)程中，聶海勝用質(zhì)測(cè)儀測(cè)量質(zhì)量的時(shí)候，他當(dāng)時(shí)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(jì)起來(lái)大約是1.89公斤。所以綜合上面這些信息，太空授課時(shí)測(cè)量出的聶海勝的質(zhì)量和他的實(shí)際體重是基本相符的（來(lái)自百度百科聶海勝詞條）。直接驗(yàn)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(cè)質(zhì)量，其測(cè)量原理是振動(dòng)周期T=2π■。
在天空一號(hào)里，老師不能用天平、杠桿測(cè)質(zhì)量，因?yàn)槭е兀矬w對(duì)杠桿沒(méi)有壓力，不能應(yīng)用杠桿原理計(jì)算。因?yàn)槭е兀矬w對(duì)彈簧沒(méi)有拉力，彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)不出物體重力，也不能間接測(cè)質(zhì)量。
實(shí)驗(yàn)二：?jiǎn)螖[在失重時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
王亞平松開(kāi)單擺小球后，單擺不往復(fù)擺動(dòng)，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(gè)很小的速度，小球可在任一平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。跟地球上單擺的特性完全不一樣。
實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)儀器，用于航天器姿態(tài)和軌道測(cè)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(yùn)動(dòng)，軸向任意改變。使陀螺旋轉(zhuǎn)起來(lái)，給它的頂端施加力，陀螺沒(méi)有翻滾，而是晃動(dòng)著向前運(yùn)動(dòng)，軸向不發(fā)生改變。這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在地面很難做到。在打老蔣的游戲里，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的“老蔣”，能直立旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速降低后，很快就倒下來(lái)了。
實(shí)驗(yàn)四和五：水膜、水球?qū)嶒?yàn)
把鋼圈伸入水袋的過(guò)程中，因?yàn)槭е兀疀](méi)有流出來(lái)，在太空中生活的李白，寫(xiě)不出飛流直下三千尺的詩(shī)句。形成水膜后，左右擺動(dòng)，甩出一大滴水，水膜沒(méi)有破裂，往上貼中國(guó)結(jié)，水膜沒(méi)有破裂，往水膜上加水，做成水球，也沒(méi)有破裂。皆因?yàn)槭е兀ぜ瓤勺龅煤裥部勺龅帽⌒浞终故痉肿娱g的相互作用的引力的存在。
透過(guò)水球看到王亞平的倒立縮小的實(shí)像，是凸透鏡成像原理;往水球里注入氣泡，氣泡都能獨(dú)立存在;緩慢往水球里注入紅顏色液體，整個(gè)球都變成紅色，因?yàn)槭е丶t顏色液體不能流動(dòng)，只能是分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。
最后一個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生提問(wèn)涉及：1.資源回收利用。2.太空垃圾。3.失重環(huán)境對(duì)身體的不利影響。4.在天宮一號(hào)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(guān)于失重對(duì)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(duì)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(duì)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(jìn)行防護(hù)。
關(guān)于在天宮一號(hào)看地球、看太空看到的是什么樣？王亞平的回答是，透過(guò)舷窗可以看到美麗的地球，還有日月星辰，暫時(shí)沒(méi)有看到UFO。我們處于大氣層之外，沒(méi)有了大氣的阻擋，看到星星格外明亮，不閃爍，沒(méi)有大氣對(duì)光的散射，太空是深邃的黑色。每天可以看到16次日出，因?yàn)?0分鐘繞地球一圈。
從畫(huà)面看，學(xué)生提問(wèn)后，王亞平開(kāi)口講話有延遲現(xiàn)象，根據(jù)天宮一號(hào)離地球約300km，可以估算出延遲時(shí)間為0.01s。
最后，來(lái)回顧聶海勝“懸空打坐”與王亞平“大力神功”。這一實(shí)驗(yàn)，為牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律做了最好的演示。不受力的作用時(shí)，要么保持靜止?fàn)顟B(tài)，如“懸空打坐”，要么保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如被王亞平輕推后的聶海勝，一直勻速運(yùn)動(dòng)下去。
【參考文獻(xiàn)】
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【拓展】淺談太空安全治理的現(xiàn)狀問(wèn)題與出路論文
隨著太空技術(shù)的發(fā)展及其運(yùn)用，太空的重要性日益凸顯;同時(shí)，人類對(duì)太空的依賴程度也越來(lái)越高。然而，作為全球公地一部分的太空，也越來(lái)越顯示出“公地悲劇”(The Tragedy of the Commons)的特征，表現(xiàn)為太空越來(lái)越“擁擠”(congested)，越來(lái)越具“競(jìng)爭(zhēng)性”(competitive)和“對(duì)抗性”(contested)。這就是所謂的太空安全的“3Cs”困境。目前，國(guó)際社會(huì)普遍認(rèn)為太空安全治理刻不容緩。為此，國(guó)際社會(huì)進(jìn)行了努力，也取得了部分成就，但距離“善治”的目標(biāo)還有很大差距。那么，太空安全治理的困境何在?如何找到突破口?本文試圖對(duì)此進(jìn)行分析。
一、國(guó)際太空法律與太空的“公地悲劇”
太空作為“全球公地”(Global Commons，有的翻譯為“全球公域”)的法律地位是由 1967 年生效的《外層空間條約》所確定的，《外層空間條約》也為太空全球管理提供了基本框架。就前者而言，《外層空間條約》第二條規(guī)定，太空包括月球和其他天體，任何國(guó)家不得提出主權(quán)主張，不得通過(guò)使用或占領(lǐng)，或者以任何其他方式據(jù)為己有。就后者而言，《外層空間條約》第一條規(guī)定，太空探索與利用，應(yīng)該促進(jìn)所有國(guó)家福利與利益，不管這些國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、科學(xué)發(fā)展水平如何。太空探索與利用是全人類的事業(yè)。第三條規(guī)定，探索和利用太空，包括月球和其他天體，應(yīng)該遵守國(guó)際法，促進(jìn)國(guó)際和平與安全，以及增進(jìn)國(guó)際合作。第九條規(guī)定，締約國(guó)進(jìn)行太空活動(dòng)時(shí)，應(yīng)照顧所有其他締約國(guó)的相應(yīng)利益，不對(duì)其產(chǎn)生有害干擾。第七條規(guī)定，一締約國(guó)如果對(duì)其他締約國(guó)產(chǎn)生危害，應(yīng)該承擔(dān)國(guó)際責(zé)任。
二、太空安全治理的國(guó)際努力
冷戰(zhàn)時(shí)期，國(guó)際社會(huì)治理太空問(wèn)題主要集中于防止太空核武器化，即太空安全問(wèn)題。冷戰(zhàn)結(jié)束后，國(guó)際社會(huì)對(duì)太空安全治理的關(guān)注轉(zhuǎn)向另外三個(gè)領(lǐng)域，即資源、環(huán)境與安全問(wèn)題，盡管冷戰(zhàn)時(shí)期就對(duì)其有不同程度的關(guān)注。
太空時(shí)代的到來(lái)與導(dǎo)彈核武器緊密相關(guān)。隨著蘇聯(lián)洲際導(dǎo)彈、衛(wèi)星的成功發(fā)射，美國(guó)感到恐慌。1958 年，艾森豪威爾政府決定進(jìn)行核試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)摧毀來(lái)襲的核導(dǎo)彈的可行性。美國(guó)軍方在高空、太空進(jìn)行了幾十次核試驗(yàn)。試驗(yàn)的結(jié)果表明，不僅可以摧毀來(lái)襲的核導(dǎo)彈，而且核爆炸脈沖可以使無(wú)線電中斷數(shù)小時(shí)，核輻射可以使處于 5 萬(wàn)英尺高空的飛行員致命。蘇聯(lián)也進(jìn)行了類似的高空、太空核試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與美國(guó)相同，太空核爆炸不僅可以摧毀來(lái)襲的核導(dǎo)彈，而且也可以摧毀衛(wèi)星，或?qū)⑵湔В蛲ㄟ^(guò)電磁輻射破壞衛(wèi)星電子設(shè)備。據(jù)美國(guó)外交政策網(wǎng)站 2014 年 1 月報(bào)道，冷戰(zhàn)時(shí)期美國(guó)進(jìn)行了16 次高空核爆炸，至少摧毀或損壞了 8 顆衛(wèi)星。為保護(hù)首都和洲際導(dǎo)彈發(fā)射基地，美蘇兩國(guó)在基地和首都附近均建立了載有核武器的反導(dǎo)系統(tǒng)。鑒于太空核武器化對(duì)載人航天飛行、衛(wèi)星的嚴(yán)重影響以及對(duì)戰(zhàn)略平衡的破壞，面對(duì)國(guó)際壓力，國(guó)際社會(huì)分別于 1963 年、1967 年和 1972 年簽署《部分禁試條約》、《外層空間條約》和《反導(dǎo)條約》，并相繼生效。《部分禁試條約》禁止在太空進(jìn)行核試驗(yàn);《外層空間條約》禁止在太空(含星體)放置核武器以及其他大規(guī)模殺傷性武器;《反導(dǎo)條約》規(guī)定雙方在戰(zhàn)略導(dǎo)彈基地和首都允許部署少量核反導(dǎo)系統(tǒng)，但嚴(yán)禁發(fā)展、部署天基反導(dǎo)系統(tǒng)。這是國(guó)際社會(huì)在防止太空核武器化方面取得的重要成就。
三、太空安全治理的'困境
盡管在太空安全治理方面已經(jīng)取得一定成就。但實(shí)現(xiàn)確保太空安全的目標(biāo)仍然任重而道遠(yuǎn)。上述五個(gè)太空治理倡議的提出說(shuō)明太空治理陷入困境，需要用一個(gè)倡議替代(或者補(bǔ)充)另外一個(gè)倡議。例如，歐盟希望用“太空行為準(zhǔn)則”替代 PPWT，但“太空行為準(zhǔn)則”草案與聯(lián)合國(guó)“太空長(zhǎng)期可持續(xù)性倡議”本質(zhì)上都是太空透明與信任建設(shè)機(jī)制;聯(lián)合國(guó)通過(guò)太空 TCBMs 建議報(bào)告，原則上支持和強(qiáng)化了太空透明與信任建設(shè)機(jī)制。國(guó)際社會(huì)都需要利用太空來(lái)促進(jìn)國(guó)際經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，但在太空治理上步履維艱，主要原因在于太空技術(shù)的軍民兩用性質(zhì)。如前所述，太空技術(shù)是軍事力量的“倍增器”，軍事戰(zhàn)略的“賦能器”，是美國(guó)霸權(quán)的技術(shù)基礎(chǔ)，也是其他國(guó)家提升軍事能力的關(guān)鍵。因此國(guó)際社會(huì)在這一點(diǎn)上很難達(dá)成共識(shí)。
四、國(guó)際合作促進(jìn)太空安全治理
由于太空技術(shù)具有軍民兩用性質(zhì)，各國(guó)都試圖利用太空獲取軍事與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，提升國(guó)家整體技術(shù)優(yōu)勢(shì)和軍事優(yōu)勢(shì)。太空大國(guó)、強(qiáng)國(guó)提出的治理方案與路徑往往具有明顯的霸權(quán)治理與反霸權(quán)治理特征。由此導(dǎo)致太空治理方案很難達(dá)成共識(shí)，形成整體性方案。就目前而言，太空治理取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展需要國(guó)際社會(huì)通力合作，使太空利益攸關(guān)方全部參與治理。多國(guó)聯(lián)合共同發(fā)展太空項(xiàng)目，或由多國(guó)構(gòu)成的國(guó)際組織共同發(fā)展太空項(xiàng)目，不僅可以實(shí)現(xiàn)透明，遵守規(guī)則，而且也節(jié)省了頻軌資源;不僅體現(xiàn)了太空的和平利用原則，避免太空軍事化、武器化，而且制止了任何國(guó)家試圖對(duì)這些太空項(xiàng)目進(jìn)行攻擊的企圖，確保太空安全并保護(hù)太空環(huán)境。簡(jiǎn)言之，太空合作是避免太空“公地悲劇”的“良藥”。下文以國(guó)際空間站和歐洲空間局(以下簡(jiǎn)稱“歐空局”)兩個(gè)案例來(lái)分析國(guó)際太空合作，并尋找太空安全治理的有效途徑。
結(jié)束語(yǔ)
《外空空間條約》確定了太空的“全球公地”性質(zhì)。國(guó)家行為體和非國(guó)家行為體紛紛利用太空技術(shù)獲取商業(yè)、社會(huì)和軍事利益。在缺乏國(guó)際權(quán)威的背景下，各行為體無(wú)序地發(fā)射衛(wèi)星，導(dǎo)致太空軌道擁擠、太空碎片彌漫、衛(wèi)星面臨被攻擊的風(fēng)險(xiǎn)上升，太空資源、環(huán)境與安全問(wèn)題日益突出，嚴(yán)重制約著人類利用太空的限度。盡管?chē)?guó)際社會(huì)為治理太空“公地悲劇”發(fā)起了多個(gè)倡議，但效果并不明顯。原因很大程度上在于太空技術(shù)軍民兩用的性質(zhì)，太空大國(guó)和強(qiáng)國(guó)都借此機(jī)會(huì)提升軍事硬實(shí)力，以維護(hù)太空領(lǐng)域的霸權(quán)，或者反對(duì)霸權(quán)，確保國(guó)家安全，以維護(hù)國(guó)際戰(zhàn)略平衡與穩(wěn)定。
解決太空“公地悲劇”問(wèn)題需要國(guó)際社會(huì)進(jìn)行國(guó)際太空合作。這需要國(guó)際社會(huì)共同發(fā)展太空態(tài)勢(shì)感知能力，共享太空態(tài)勢(shì)信息，避免太空事故發(fā)生。共同發(fā)展太空碎片清除技術(shù)，治理太空環(huán)境污染問(wèn)題。國(guó)際社會(huì)共同發(fā)起更多的太空合作項(xiàng)目，探索和利用太空，努力減少各國(guó)的軍事衛(wèi)星。通過(guò)國(guó)際太空合作，促進(jìn)聯(lián)合國(guó) GGE 有關(guān)太空 TCBMs 建議的落實(shí)，使太空行為規(guī)范真正有效落實(shí)，同時(shí)國(guó)際社會(huì)應(yīng)在完善 PPWT(修正文本)的基礎(chǔ)上達(dá)成禁止太空武器化條約，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)太空和平利用委員會(huì)的“太空可持續(xù)發(fā)展”倡議目標(biāo)。唯有國(guó)際太空合作，才能實(shí)現(xiàn)太空安全治理的目標(biāo)。
對(duì)于中國(guó)而言，要利用太空技術(shù)就應(yīng)牽頭組織發(fā)起多個(gè)國(guó)際太空合作倡議并加以落實(shí)執(zhí)行。首先，中國(guó)應(yīng)該利用總部位于北京的亞太空間合作組織(APSCO)倡議成員國(guó)共同出資制造更多衛(wèi)星，為成員國(guó)提供更多福祉;聯(lián)合提出該組織有關(guān)太空治理的原則與立場(chǎng)，在國(guó)際上發(fā)出一致的聲音。其次，中國(guó)應(yīng)加大與俄羅斯和歐空局的合作，以更多具體的太空項(xiàng)目推進(jìn)國(guó)際合作，促進(jìn)太空資源的合理利用。其中，重點(diǎn)應(yīng)放在太空態(tài)勢(shì)感知能力與積極消除太空碎片技術(shù)上的合作。另外，要加強(qiáng)中、俄、歐在國(guó)際太空治理機(jī)制上的合作，將歐盟“太空活動(dòng)行為準(zhǔn)則”與中俄 PPWT(修正草案)結(jié)合起來(lái)，共同維護(hù)和促進(jìn)太空的和平利用。最后，中國(guó)應(yīng)加強(qiáng)自身包括太空態(tài)勢(shì)感知能力在內(nèi)的太空技術(shù)發(fā)展，只有太空技術(shù)進(jìn)步并擁有足夠的實(shí)力，才能促成各方進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的協(xié)商與談判，促進(jìn)太空治理機(jī)制的形成。國(guó)際軍控條約表明，只有和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手擁有同等的武器，才會(huì)促使各方走到談判桌前，共同應(yīng)對(duì)問(wèn)題。同樣，只有當(dāng)中國(guó)太空實(shí)力增強(qiáng)，可以對(duì)太空進(jìn)行有效利用，并擁有足夠的反制太空能力，美國(guó)才不會(huì)在裁軍大會(huì)等論壇上“攪局”，與包括中國(guó)在內(nèi)的國(guó)際社會(huì)進(jìn)行談判，尋找太空安全問(wèn)題的有效應(yīng)對(duì)之策。
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