太空授課

神十航天員王亞平台北時間2013年6月20日上午10點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。航天員將進行在軌講解和實驗演示，並與地面師生進行雙向互動交流。

基本介紹

• 中文名：太空授課
• 外文名：The Space Lesson
• 時間：台北時間2013年6月20日上午十點
• 地點：太空——天宮一號
• 主講：王亞平
• 內容：失重條件下物體運動的特點等
• 形式：天地互動

基本簡介

中國載人航天工程新聞發言人武平表示：“航天員將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，這將成為神舟十號飛行任務的一大亮點。”神十航天員台北時間2013年6月20日上午10點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。航天員將進行線上講解和實驗演示，並與地面師生進行雙向互動交流。

活動情況

天宮一號運行在預定的交會對接軌道上，狀態穩定，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，本次科普教育活動將在組合體運行期間擇機進行，具體時間將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確定。屆時，將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嚮往、對學習科技知識的熱情。

女航天員王亞平將成為中國境內的第一位“太空老師”。對於她的授課內容，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。航天員將進行線上講解和試驗演示，並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

台北時間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。

授課內容

王亞平太空授課內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，神舟十號指令長聶海勝首先做了一個“太空打坐”

原因：由於處於失重環境，重力全部用於提供向心力，因而可以定於空中不動。（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。“那么，航天員想知道自己是胖了還是瘦了？怎么稱重呢？”太空教師王亞平問。

在神州十號，有一樣專門的“質量測量儀”。“太空授課”的助教聶海勝將自己固定在支架一端，王亞平將連線運動機構的彈簧拉到指定位置。鬆手後，拉力使彈簧回到初始位置。這樣，就測出了聶海勝的重量——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，產生恆定的力。也就是，剛才將助教拉回至初始位置的力。此外，還設計一個光柵測速系統，可測出身體運動的加速度。”

特級教師駱興高：用光柵測速裝置測量出支架復位的速度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內普遍適用的基本物理定律，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，細繩拴著一顆小球。這是物理課上常見的實驗裝置——單擺。王亞平將小球拉升至一定高度後放掉，小球像著了魔似的，用很慢的速度擺動。隨後，王亞平用手指輕推小球，小球開始繞著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。但在失重的狀態，沒有了回復力，鋼球就靜止在原始位置。這時，細繩並沒有給球拉力。

手推小球，相當於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，小球便繞著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，陀螺竟然翻滾著向前，行進路線變幻莫測。隨後，她又取出一個陀螺，抽動它後，再用手輕推，陀螺沿著固定的軸向向前飛去。

揭密：角動量守恆

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恆定律——在沒有外力矩作用的情況下，物體的角動量會保持恆定。航天員瞬時施加的干擾力不能產生持續的力矩，由於角動量守恆，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，並不是因為角動量守恆定理不成立，而是因為陀螺與地面摩擦產生的干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

製作水膜與水球

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並抽出後，形成了一個水膜。這在地面，難以實現，因為重力會將水膜四分五裂。那么，這個水膜結實嗎？輕晃金屬圈，水膜並未破裂，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膠片，水膜依然完好。

更奇蹟的時刻：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。水球內有連串的氣泡，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：液體表面層內分子間存在著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內聚力引起的，在太空與地面液滴產生表面張力的原理以及表面張力大小都是一樣的。只是，在失重的狀態下，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，表面層里的分子比液體內部稀疏，分子間的距離比液體內部大一些，分子間的相互作用表現為引力，導致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，巨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。

老師學生將“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”——太空授課大型問題徵集活動，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。
已經徵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，還將在此次太空授課中提交給神舟十號的三位航天員在太空予以解答。此外，還將挑選2-3名熱心提問的中學生到太空授課的地面現場，與340公里之外的“太空老師”進行互動。
本次太空授課將持續45分鐘，課程內容為展示並講解太空中的失重現象等。此次授課將通過天鏈數據“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。

講課意義

本次航天任務中的“太空授課”環節旨在激發廣大中小學生對宇宙空間的嚮往、對學習科技知識的熱情，使中小學生走近航天、了解航天、熱愛航天。

作為繼美國之後第二個完成太空授課的國家，此次太空授課不僅將提升全民對航天的興趣，還會從套用上推動天地大容量信息處理產業的發展，而大數據時代的來臨將成為天地大容量信息處理產業發展的契機。

同時這也意味著中國已經可以對地外太空飛行器進行至少40分鐘的實時監控，這意味中國已經擁有對洲際飛彈進行全程的調整和監控能力。

講課背景

太空授課，是指在太空中進行科普教育活動，通過天地互動的形式展示一些奇特的物理現象。授課目的是讓廣大青年朋友一起去感知、探索神奇而美妙的太空，獲取知識和快樂。2013年6月中旬，中國女航天員王亞平（女飛行員）在中國首個目標飛行器天宮一號上為中小學生授課，成為中國首位“太空教師”。

為了做好本次科普教育活動，中國載人航天工程辦公室聯合教育部、中國科協和中央電視台等部門對活動進行了系統、周密的策劃，完成了課件、教具製作和地面課堂的準備工作，航天員也進行相關訓練。本次活動將在組合體運行期間擇機進行，具體時間將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來最終確定。

太空授課

國外情況

1986年，美國女教師麥考利夫就被選中，參與挑戰者號太空梭“教師在太空”計畫，但不幸機毀人亡。此後美國頒布“普通民眾不得再參與太空梭任務”的禁令。

2007年，當年一同參加選拔的另一名美國教師芭芭拉·摩根，終隨“奮進號”飛上太空，肩負著航天員、教師和“麥考利夫的繼承者”三重身份，彌補了21年前的遺憾。

太空中，55歲的摩根給孩子上了一堂25分鐘的“太空課”，其他航天員成了她的“助教”，18名4至8年級學生在地面聽講。 除了負責完成部分專業任務外，摩根還開設“太空課堂”，與地面上的學生“天地連線”，通過視頻向學生展示了在太空運動、喝水等情景，成為那次任務的最大亮點。