太空授課:航天員在太空給地面的學生講課-中文百科頻道

曆次活動

北京時間2013年6月20日上午10點，神十航天員在太空給地面的學生講課，此次太空授課主要面向中小學生，使其了解失重條件下物體運動的特點、液體的表面張力作用，加深對質量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。航天員将進行在線講解和實驗演示，并與地面師生進行雙向互動交流。中國載人航天工程新聞發言人武平表示：“航天員将首次面向中小學生開展太空授課和天地互動交流等科普教育活動，這将成為神舟十号飛行任務的一大亮點。”

2021年12月9日15時40分，“天宮課堂”第一課開始，神舟十三号乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富将在中國空間站進行太空授課。3名航天員将在軌介紹展示中國空間站工作生活場景，演示微重力環境下細胞學實驗、物體運動、液體表面張力等現象，并與地面課堂進行實時交流。

2022年10月12日，天宮課堂”第三課定于當日15時45分開始，神舟十四号飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲将面向廣大青少年進行太空授課。

授課情況

首次授課

活動情況

天宮一号運行在預定的交會對接軌道上，狀态穩定，設備工作正常，推進劑等消耗性資源充足，滿足交會對接任務要求和航天員進駐條件。武平表示，本次科普教育活動将在組合體運行期間擇機進行，具體時間将綜合考慮飛行任務安排、航天員作息情況和測控通信等保障條件最終确定。屆時，将通過媒體全程直播這次活動。

武平介紹說，本次科普教育活動是中國利用載人航天活動普及航天知識的一次嘗試，希望通過開展此類科普教育活動進一步激發廣大中小學生對宇宙空間的向往、對學習科技知識的熱情。

女航天員王亞平将成為中國境内的第一位“太空老師”。對于她的授課内容，武平介紹，主要是使中小學生了解微重力環境下物體運動的特點，了解液體表面張力的作用，加深對質量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。航天員将進行在線講解和試驗演示，并與地面師生開展雙向互動交流。

“希望通過此次活動，讓中小學生走近航天、了解航天、熱愛航天，“王亞平說。

授課人物

王亞平：授課主講；

聶海勝：授課助講兼指令官；

張曉光：攝像。

授課時間

北京時間2013年6月20日上午十點零四分零秒到十點五十五分零秒，共五十一分鐘。

授課内容

2013年6月20日太空授課内容

授課内容

授課過程

王亞平太空授課内容主要是使中小學生了解微重力環境下物體運動的特點。

在實驗開始，神舟十号指令長聶海勝首先做了一個“太空打坐”

原因：由于處于失重環境，地球與航天員間的萬有引力全部用于提供向心力，因而可以定于空中不動。（牛頓第一定律）

實驗一：質量測量

在失重的太空，地面的測重不再奏效。“那麼，航天員想知道自己是胖了還是瘦了？怎麼稱重呢？”太空教師王亞平問。

在神州十号，有一樣專門的“質量測量儀”。“太空授課”的助教聶海勝将自己固定在支架一端，王亞平将連接運動機構的彈簧拉到指定位置。松手後，拉力使彈簧回到初始位置。這樣，就測出了聶海勝的質量——74千克。

揭秘：牛頓第二定律

對這個問題，王亞平就有解釋，“其實，就是牛頓第二定律F=ma。”也就是，物體受到的力=質量×加速度。如果知道力和加速度，就可算出質量，“彈簧凸輪機構，産生恒定的力。也就是，剛才将助教拉回至初始位置的力。此外，還設計一個光栅測速系統，可測出身體運動的加速度。”

特級教師駱興高：用光栅測速裝置測量出支架複位的速度v和時間t，計算出加速度（a=v/t），就能夠計算出物體的質量（m=F/a）。牛頓第二定律是一個在一切慣性空間内普遍适用的基本物理定律，不因物體的引力環境、運動速度而改變，因此在太空和地面都是成立的。

實驗二：單擺運動

T形支架上，細繩拴着一顆小球。這是物理課上常見的實驗裝置——單擺。王亞平将小球拉升至一定高度後放掉，小球像着了魔似的，用很慢的速度擺動。随後，王亞平用手指輕推小球，小球開始繞着支架的軸心不停地做圓周運動。

揭秘：太空失重

浙大航空航天學院專家：在地面，單擺的運動周期與擺的長度、重力和加速有關。但在失重的狀态，沒有了回複力，鋼球就靜止在原始位置。這時，細繩并沒有給球拉力。

手推小球，相當于給了小球一個初始速度，同時細繩又給小球提供了拉力，細繩拉力平衡離心力，小球便繞着支架的軸心做圓周運動。如果沒有細繩的拉力，小球就做勻速直線運動。

而在地面，空氣的阻力使物體的速度越來越慢，重力則使物體向下掉。

實驗三：陀螺運動

王亞平取出一個陀螺，用手輕推，陀螺竟然翻滾着向前，行進路線變幻莫測。随後，她又取出一個陀螺，抽動它後，再用手輕推，陀螺沿着固定的軸向向前飛去。

揭密：角動量守恒

特級教師駱興高：轉動的陀螺具有定軸性。何為“定軸性”？就是當陀螺轉子以高速旋轉時，在沒有任何外力矩作用在陀螺儀上時，陀螺儀的自轉軸在慣性空間中的指向保持穩定不變的特性，也稱為穩定性。轉子的轉動慣量愈大，穩定性愈好；轉子角速度愈大，穩定性愈好。定軸性遵守角動量守恒定律——在沒有外力矩作用的情況下，物體的角動量會保持恒定。航天員瞬時施加的幹擾力不能産生持續的力矩，由于角動量守恒，高速旋轉陀螺的旋轉軸就不會發生很大改變。而這一點在地面上之所以很難實現，并不是因為角動量守恒定理不成立，而是因為陀螺與地面摩擦産生的幹擾力矩等因素改變了陀螺的角動量，使其旋轉速度逐漸降低，不能很好地保持旋轉方向。

實驗四：制作水膜與水球

這是同學們最感興趣，也是最神奇的實驗。

一個金屬圈插入飲用水袋并抽出後，形成了一個水膜。這在地面，難以實現，因為重力會将水膜四分五裂。那麼，這個水膜結實嗎？輕晃金屬圈，水膜并未破裂，而是甩出了一個小水滴。再往水膜表面貼上一片畫有中國結圖案的塑料片，水膜依然完好。

更奇迹的時刻：在第二個水膜上，用飲水袋不斷注水，水膜很快長成一個晶瑩剔透的大水球。水球内有連串的氣泡，用針筒取出，水球卻不受任何破壞。

最後，王亞平注入紅色液體，紅色慢慢擴散，水球變成了一枚美麗的“紅寶石”。

揭秘：液體表面張力

浙大航空航天學院的專家：液體表面層内分子間存在着的相互吸引力就是表面張力，它能使液面自動收縮。表面張力是由液體分子間很大的内聚力引起的，在太空與地面液滴産生表面張力的原理以及表面張力大小都是一樣的。隻是，在失重的狀态下，表面張力表現更為明顯。失重時，水珠之間沒有了重力的擠壓，液滴在表面張力的作用下，都形成了最完美的球形。

特級教師駱興高：液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，叫做表面層，表面層裡的分子比液體内部稀疏，分子間的距離比液體内部大一些，分子間的相互作用表現為引力，導緻表面就像一張繃緊的橡皮膜，這種促使液體表面收縮的繃緊的力，就是表面張力。微觀表現為分子引力，宏觀體現即液體表面的張力。當針尖戳入水球時，水的表面張力依然存在，故水球不被破壞。

老師學生“天地對話”

為配合此次太空授課活動，中國載人航天工程網在2013年5月24日至6月10日期間舉辦了“我問航天員”——太空授課大型問題征集活動，收集中小學生朋友對載人航天科技、航天飛行、空間科學及航天員太空工作、生活等領域的提問。

已經征集到數千個相關問題。這些問題，除了部分由參與過飛行任務的航天員或航天專家在活動後期以訪談、文字或“微訪談”方式回答外，還将在此次太空授課中提交給神舟十号的三位航天員在太空予以解答。此外，還将挑選2-3名熱心提問的中學生到太空授課的地面現場，與340公裡之外的“太空老師”進行互動。

本次太空授課将持續45分鐘，課程内容為展示并講解太空中的失重現象等。此次授課将通過天鍊數據“中轉站”傳送雙向實時授課畫面，實現天地之間的視頻提問和回答。

天宮課堂

第一課

北京時間2021年12月9日15：40，“天宮課堂”第一課正式開講，這是中國空間站首次太空授課活動。在約60分鐘的授課中，神舟十三号飛行乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富生動介紹展示了空間站工作生活場景，演示了微重力環境下細胞學實驗、人體運動、液體表面張力等神奇現象，并講解了實驗背後的科學原理。授課期間，航天員通過視頻通話形式與地面課堂師生進行了實時互動交流。

授課時間

授課人

授課項目

海報

2021年12月9日15時40分

翟志剛、王亞平、葉光富

1、航天員在軌工作生活場景展示

2、太空細胞學研究實驗展示

3、太空轉身

4、浮力消失實驗

5、水膜張力實驗

6、水球光學實驗