你是否找到设计实验方案的感觉了?如果意犹未尽,再来看看其他几个方案摘要,找找实验灵感。
宇宙辐射对药物的影响
在一个圆柱形转轴的轴面上,安有分格的直槽,每格放一种药物。转轴外装圆筒形防辐射屏蔽,圆筒上留有与直槽同宽的开口。当某一直槽对准开口时,其中的药物即接受辐射,可用感光胶片记下辐射剂量。让转轴按要求转动,使各种药物均接收不同剂量的宇宙辐射。回到地面后,对各种药物进行分析,研究宇宙辐射对药物的影响。
以下是在神舟十号飞船上宇航员做的5个太空授课科学实验
太空称重
宇航员王亚平在太空授课时拿出两个完全一样的弹簧。弹簧的底端分别固定了两个质量不同的物体。如果在地面,由于这两个物体质量不同,所以这两根弹簧的伸长量肯定是不同的。但在太空中,两个弹簧却停留在了同一位置,无法显示出两个物体质量的差别。
王亚平在讲课之余还不忘启发同学们,在接过聂海胜递过来的弹簧教具后,她将两个弹簧拉到同一位置,再松手,看得出弹簧的振动频率明显不一样,利用这个现象能否设计出一种测质量的方法呢,这个问题就留给你们来慢慢思考吧。
那在太空中航天员想要知道自己是胖了还是瘦了,该怎么办呢?王亚平接下来向大家展示了测质量的装置——“质量测量仪”,并请聂海胜共同演示。首先让聂海胜固定在质量测量仪上,然后王亚平把连接运动机构的钢丝绳拉到指定位置,之后拉力会使他回到初始位置,这样就测出了他的质量:74千克。
这台质量测量仪用的是什么物理原理呢?王亚平解释说,其实就是我们学过的牛顿第二定律。“物体受到的力等于它的质量乘以加速度。测出力和加速度,就可以算出质量了。因此,我们设计了一个‘弹簧—凸轮’机构,能够产生一个恒定的力,就是刚才把聂海胜拉回到初始位置的力。我们还设计了一个光栅测速系统,能够测出刚才身体运动的加速度。然后根据牛顿第二定律,就可以算出身体的质量了。”
太空单摆
太空单摆实验中出现了让人匪夷所思的现象。
宇航员王亚平展示了一个支架,细绳将小球连接在支架上,形成了一个我们地面上常见的单摆。当王亚平推动小球时,小球并没有像在地面上一样做往复摆动,而是轻轻地飘荡在空中,貌似无力地无规则移动,“这是为什么呢?”王亚平让同学们思考,答案很明显,“因为在太空中小球处于失重状态,没有了回复力。”
接下来王亚平推了小球一下,小球竟然在做圆周运动!再换个方向演示,小球仍然在做圆周运动!这是因为在太空中,小球处于失重状态,即使我们给小球一个很小的初速度,它也能绕摆轴做圆周运动;但是在地面上却需要一个足够大的初速度才能够实现。
王亚平通过杂技表演为同学们作解答,在聂海胜的帮助下,她旋转了两个90度,“太空中我们自身的感觉,在方位上无所谓上和下的区别,无论头朝向哪个方向,我们自身的感觉都是一样的。不过在天宫里,为了便于工作和生活,我们也人为地定义了上和下,并且把朝向地球的一侧作为下方,并铺设了地板。”
太空陀螺
一个彩色“陀螺”的出现意味着第三个实验开始了,“下面开始的演示在地面上可是很难做到的,你们要仔细地看哦!”宇航员王亚平卖起了关子,她先是把静止的陀螺悬空放置,给它一个干扰力,这个静止的陀螺就会翻滚着向前运动,它的轴向发生了很大的改变。之后把它抓回来让它旋转起来,这次,它不翻滚了,而是晃动着向前走。王亚平再次把它抓回来。
为了让同学们看得更清楚,王亚平又拿出另一个陀螺,让它们一个静止,一个转动,给它们同样的干扰力,结果静止的陀螺开始翻滚着向前移动,而旋转的陀螺虽然是晃动但是轴向基本没有改变。
高速旋转的陀螺具有很好的定轴性,这项试验说明,陀螺这一定轴特性在天上地上是完全一样的。