2013年6月20日：中国首次太空授课

神十航天员王亚平于北京时间2013年6月20日上午10点在太空给地面的学生讲课，此次太空授课主要面向中小学生，使其了解微重力条件下物体运动的特点、液体表面张力的作用，加深对质量、重量以及牛顿定律等基本物理概念的理解。航天员将进行在轨讲解和实验演示，并与地面师生进行双向互动交流。

基本简介

中国载人航天工程新闻发言人武平表示：“航天员将首次面向中小学生开展太空授课和天地互动交流等科普教育活动，这将成为神舟十号飞行任务的一大亮点。”神十航天员北京时间2013年6月20日上午10点在太空给地面的学生讲课，此次太空授课主要面向中小学生，使其了解失重条件下物体运动的特点、液体的表面张力作用，加深对质量、重量以及牛顿定律等基本物理概念的理解。航天员将进行在线讲解和实验演示，并与地面师生进行双向互动交流。

活动情况

天宫一号运行在预定的交会对接轨道上，状态稳定，设备工作正常，推进剂等消耗性资源充足，满足交会对接任务要求和航天员进驻条件。武平表示，本次科普教育活动将在组合体运行期间择机进行，具体时间将综合考虑飞行任务安排、航天员作息情况和测控通信等保障条件最终确定。届时，将通过媒体全程直播这次活动。

武平介绍说，本次科普教育活动是中国利用载人航天活动普及航天知识的一次尝试，希望通过开展此类科普教育活动进一步激发广大中小学生对宇宙空间的向往、对学习科技知识的热情。

女航天员王亚平将成为中国境内的第一位“太空老师”。对于她的授课内容，武平介绍，主要是使中小学生了解微重力环境下物体运动的特点，了解液体表面张力的作用，加深对质量、重量以及牛顿定律等基本物理概念的理解。航天员将进行在线讲解和试验演示，并与地面师生开展双向互动交流。

“希望通过此次活动，让中小学生走近航天、了解航天、热爱航天，“王亚平说。

授课人物

王亚平：授课主讲；

聂海胜：授课助讲兼指令官；

张晓光：摄像。

授课时间

北京时间2013年6月20日上午十点零四分零秒到十点五十五分零秒共五十一分钟。

授课内容

王亚平太空授课内容主要是使中小学生了解微重力环境下物体运动的特点。

在实验开始，神舟十号指令长聂海胜首先做了一个“太空打坐”

原因：由于处于失重环境，重力全部用于提供向心力，因而可以定于空中不动。（牛顿第一定律）

实验一

质量测量

在失重的太空，地面的测重不再奏效。“那么，航天员想知道自己是胖了还是瘦了？怎么称重呢？”太空教师王亚平问。

在神州十号，有一样专门的“质量测量仪”。“太空授课”的助教聂海胜将自己固定在支架一端，王亚平将连接运动机构的弹簧拉到指定位置。松手后，拉力使弹簧回到初始位置。这样，就测出了聂海胜的重量——74千克。

揭秘：牛顿第二定律

对这个问题，王亚平就有解释，“其实，就是牛顿第二定律F=ma。”也就是，物体受到的力=质量×加速度。如果知道力和加速度，就可算出质量，“弹簧凸轮机构，产生恒定的力。也就是，刚才将助教拉回至初始位置的力。此外，还设计一个光栅测速系统，可测出身体运动的加速度。”

特级教师骆兴高：用光栅测速装置测量出支架复位的速度v和时间t，计算出加速度（a=v/t），就能够计算出物体的质量（m=F/a）。牛顿第二定律是一个在一切惯性空间内普遍适用的基本物理定律，不因物体的引力环境、运动速度而改变，因此在太空和地面都是成立的。

实验二

单摆运动

T形支架上，细绳拴着一颗小球。这是物理课上常见的实验装置——单摆。王亚平将小球拉升至一定高度后放掉，小球像着了魔似的，用很慢的速度摆动。随后，王亚平用手指轻推小球，小球开始绕着支架的轴心不停地做圆周运动。

揭秘：太空失重

浙大航空航天学院专家：在地面，单摆的运动周期与摆的长度、重力和加速有关。但在失重的状态，没有了回复力，钢球就静止在原始位置。这时，细绳并没有给球拉力。

手推小球，相当于给了小球一个初始速度，同时细绳又给小球提供了拉力，细绳拉力平衡离心力，小球便绕着支架的轴心做圆周运动。如果没有细绳的拉力，小球就做匀速直线运动。

而在地面，空气的阻力使物体的速度越来越慢，重力则使物体向下掉。

实验三

陀螺运动

王亚平取出一个陀螺，用手轻推，陀螺竟然翻滚着向前，行进路线变幻莫测。随后，她又取出一个陀螺，抽动它后，再用手轻推，陀螺沿着固定的轴向向前飞去。

揭密：角动量守恒

特级教师骆兴高：转动的陀螺具有定轴性。何为“定轴性”？就是当陀螺转子以高速旋转时，在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时，陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变的特性，也称为稳定性。转子的转动惯量愈大，稳定性愈好；转子角速度愈大，稳定性愈好。定轴性遵守角动量守恒定律——在没有外力矩作用的情况下，物体的角动量会保持恒定。

航天员瞬时施加的干扰力不能产生持续的力矩，由于角动量守恒，高速旋转陀螺的旋转轴就不会发生很大改变。而这一点在地面上之所以很难实现，并不是因为角动量守恒定理不成立，而是因为陀螺与地面摩擦产生的干扰力矩等因素改变了陀螺的角动量，使其旋转速度逐渐降低，不能很好地保持旋转方向。

实验四

制作水膜与水球

这是同学们最感兴趣，也是最神奇的实验。

一个金属圈插入饮用水袋并抽出后，形成了一个水膜。这在地面，难以实现，因为重力会将水膜四分五裂。那么，这个水膜结实吗？轻晃金属圈，水膜并未破裂，而是甩出了一个小水滴。再往水膜表面贴上一片画有中国结图案的塑料片，水膜依然完好。

更奇迹的时刻：在第二个水膜上，用饮水袋不断注水，水膜很快长成一个晶莹剔透的大水球。水球内有连串的气泡，用针筒取出，水球却不受任何破坏。

最后，王亚平注入红色液体，红色慢慢扩散，水球变成了一枚美丽的“红宝石”。

揭秘：液体表面张力

浙大航空航天学院的专家：液体表面层内分子间存在着的相互吸引力就是表面张力，它能使液面自动收缩。表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的，在太空与地面液滴产生表面张力的原理以及表面张力大小都是一样的。只是，在失重的状态下，表面张力表现更为明显。失重时，水珠之间没有了重力的挤压，液滴在表面张力的作用下，都形成了最完美的球形。

特级教师骆兴高：液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力，导致表面就像一张绷紧的橡皮膜，这种促使液体表面收缩的绷紧的力，就是表面张力。微观表现为分子引力，宏观体现即液体表面的张力。当针尖戳入水球时，水的表面张力依然存在，故水球不被破坏。

老师学生将“天地对话”

为配合此次太空授课活动，中国载人航天工程网在2013年5月24日至6月10日期间举办了“我问航天员”——太空授课大型问题征集活动，收集中小学生朋友对载人航天科技、航天飞行、空间科学及航天员太空工作、生活等领域的提问。

已经征集到数千个相关问题。这些问题，除了部分由参与过飞行任务的航天员或航天专家在活动后期以访谈、文字或“微访谈”方式回答外，还将在此次太空授课中提交给神舟十号的三位航天员在太空予以解答。此外，还将挑选2-3名热心提问的中学生到太空授课的地面现场，与340公里之外的“太空老师”进行互动。

本次太空授课将持续45分钟，课程内容为展示并讲解太空中的失重现象等。此次授课将通过天链数据“中转站”传送双向实时授课画面，实现天地之间的视频提问和回答。

讲课意义

本次航天任务中的“太空授课”环节旨在激发广大中小学生对宇宙空间的向往、对学习科技知识的热情，使中小学生走近航天、了解航天、热爱航天。

作为继美国之后第二个完成太空授课的国家，此次太空授课不仅将提升全民对航天的兴趣，还会从应用上推动天地大容量信息处理产业的发展，而大数据时代的来临将成为天地大容量信息处理产业发展的契机。

同时这也意味着中国已经可以对地外航天器进行至少40分钟的实时监控，这意味中国已经拥有对洲际导弹进行全程的调整和监控能力。

讲课背景

太空授课，是指在太空中进行科普教育活动，通过天地互动的形式展示一些奇特的物理现象。授课目的是让广大青年朋友一起去感知、探索神奇而美妙的太空，获取知识和快乐。2013年6月中旬，中国女航天员王亚平（女飞行员）在中国首个目标飞行器天宫一号上为中小学生授课，成为中国首位“太空教师”。

为了做好本次科普教育活动，中国载人航天工程办公室联合教育部、中国科协和中央电视台等部门对活动进行了系统、周密的策划，完成了课件、教具制作和地面课堂的准备工作，航天员也进行相关训练。本次活动将在组合体运行期间择机进行，具体时间将综合考虑飞行任务安排、航天员作息情况和测控通信等保障条件来最终确定。