太空授课

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太空授课课程表:太空大课堂讲什么?

篇一：太空授课观后感

太空授课观后感6月20日上午十时，这是一个激动人心的时

刻，我国首次在神舟飞船上进行太空授课。这在我国前所未有，在全

球来说也是第二次。我置身其中，又一次作为“学生”，上了一堂叹

为观止的太空课。“我是王亚平，本次授课由我来主讲。”随着这

一句来自天宫的问候，中国首位太空老师王亚平轻轻一跃，向天宫一

号舱内的摄像机镜头缓缓飘来。弯弯的柳叶眉、清澈的双眸、甜美的

笑容。我似乎神游太空，亲眼看到了嫦娥、看到了仙女，她飘然而至。

如梦如幻。有史以来内容最神奇、教室最高远、观众最庞大的一课，

开始了。“神仙”聂海胜“悬空打坐”，轻盈地在半空中盘腿如佛，

“嫦娥”王亚平使出“大力神功”，用手指轻轻一推，“神仙”摇摇

晃晃地飘出很远，形象地展示了太空失重环境下物体运动的奇妙特

性。“在太空中，我们个个都是武林高手。”王亚平的话引发了地

面课堂同学们的欢笑和掌声。“如果诗仙李白在天宫里生活，大概就

写不出‘飞流直下三千尺’的名句了，因为，失重环境下水不可能飞

流直下。”“同学们，见证奇迹的时刻到了。”妙语连珠后，王亚平

从饮水包里挤出一个水珠，水珠悬浮在空中，然后被她一口吃掉，“刚

好润润嗓子。”轻松拉开大幕之后，王亚平变起了一出出戏法，圆

周运动的单摆、不变轴向的陀螺、晶莹剔透的水膜、红扑扑的水球，

中国第一堂太空授课在趣味与惊奇中完美展现。她用生动趣味的语

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言和娴熟的操作手法，让中国的太空第一课笑声不断，惊喜连连。据

了解，2019年8月14日，美国人芭芭拉摩根在国际空

间站进行了人类首次太空授课，她通过视频向学生展示了在太

空运动、喝水等情景。和芭芭拉摩根进行的太空授课相比，中国航

天员的这堂太空授课不仅科技含量更高，难度也更高，“摩根太空授

课的内容是介绍和演示太空生活，而王亚平授课的内容是介绍和演示

物理概念，所以后者科技含量较高，难度也较大。”在王亚平和“神

舟十号”环绕地球近半圈后，教室里的学生就像和她一起感受了船舱

环境——润喉时漂浮的水珠，手里制作的水晶球，还有吸附在薄膜上

的中国结——这节距离地表350多公里，时长40分钟的课程注定将

被载入历史。它已经创下多个第一：中国载人航天工程史上第一次

发自太空的授课，以及中国学生和我们观众第一次通过直播画面，观

看来自太空的多个失重实验。中国自古就有“日行千里”“天上一

天地上一年”的传说，那么在宇航员那里可以得到注解，他们每天可

以看到16次日出，因为他们每90分钟绕地球转一圈。強大的综合

国力、扎实的航天技术为我们能够顺利的观看太空授课提供了坚实的

保证。这次太空授課为我們开启了神奇的太空之旅，王亚平那优美动

听的授课声音也正在感染和感动着我們身边每一个人。而我們也期待

神舟十号的此次太空历险记將我们帶到更遥远的地方。

篇二：太空授课原理

解读神十航天员太空授课物理原理

姓名：钟宇学号：20190511xxx专业：物理学

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2019年6月20日上午举行的太空授课活动中，我国第一位“太

空教师”王亚平通过质量测量、单摆运动、陀螺运动、水膜和水球等

5个物理实验，展示了失重环境下物体运动特性、液体表面张力特性

等物理现象，并通过视频通话与地面课堂师生进行互动交流。

这些美妙的实验反映了什么样的物理原理?天地物理特性的差

别给航天飞行带来什么影响，在航天活动中有什么样的应用?清华大

学航天学院副教授王兆魁对这些问题进行了解读。

图表：天宫一号太空授课：太空质量测量

实验一：质量测量——牛顿第二定律

实验过程：王亚平首先展示两支完全一样的弹簧，它们分别固

定了两个不同质量的物体。画面显示，两个弹簧平衡在同一位置，无

法测量出物体的质量差别。随后，镜头转向天宫一号中用于测量质量

的“质量测量仪”。聂海胜把自己固定在支架一端，王亚平轻轻拉开

支架，一放手，支架在弹簧的作用下回复原位。LED屏显示出聂海胜

的质量：74公斤。王亚平解释说，质量测量仪通过弹簧产生力并测

出力的加速度，然后根据牛顿第二定律就可以算出质量。

解读：这个实验生动地说明了牛顿第二定律的基本原理——“物

体加速度的大小跟物体受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比。”

这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。

在地球表面，由于受到地球引力的作用，物体的质量体现为重

量。物体悬挂在弹簧秤上时，弹簧的拉力和物体受到的地球引力达到

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平衡，因此可以从弹簧秤的读数中得到物体的重量。而在绕地球高速

运动的飞船里，地球引力被飞船的离心力所平衡，飞船内部不再有地

球引力的影响，也就没有了重量的概念，因此弹簧秤就没有读数。

天宫一号里的“质量测量仪”直接运用了牛顿第二定律，利用

作用力和物体加速度的关系确定物体的质量。这个原理在航天活动中

有着广泛的应用。例如，航天器的燃料消耗一段时间后，总质量会发

生变化，可能影响轨道控制的精确度。这时就可以开启推力器并同时

测量航天器的加速度，从而计算出航天器的质量。

图表：天宫一号太空授课：太空单摆运动

实验二：单摆运动——太空失重

实验过程：T形支架上，细绳拴着一颗小钢球。这是物理课上

常见的实验装置——单摆。王亚平把小球拉升到一定高度后放手，小

球并没有像在地面那样往复摆动，而是悬停在了半空中。王亚平用手

指轻推小球，小球开始绕着T形支架的轴心做圆周运动。解读：实验

中小球没有来回摆动、而是悬浮或者做圆周运动，是太空中的失重现

象导致的。在地面上，一旦松手，在地球重力的作用下，小球会向下

运动，而由于小球被细绳连接在支架上，它就会被细绳牵着来回摆动。

但太空中没有重力作用，小球只会在原地悬浮。同样因为重力环境的

不同，在太空中轻轻推小球一下，小球会在细绳的牵引下做圆周运动。

而在地面上，需要给小球足够大的初速度，才能使它克服地球重力的

阻碍，实现圆周运动。

失重是空间与地面环境最重要的差别之一。它虽然给飞行生活

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带来很多有趣的体验，但也会妨碍航天员在舱内的操作，同时对航天

员的心血管系统和肌肉、骨骼系统带来不利影响。针对这个问题，航

天医学专家研究出很多医学防护措施，航天员也会在航天器中通过主

动锻炼来增强心血管和肌肉功能。

图表：天宫一号太空授课：太空陀螺运动

实验三：陀螺运动——角动量守恒

实验过程：王亚平取出一个红黄相间的陀螺悬放在空中。用手

轻推陀螺顶部，陀螺翻滚着飞向远处。紧接着，她又取出一个一模一

样的陀螺，让它旋转起来，悬浮在半空中，再用手轻轻一推，旋转的

陀螺不再翻滚，而是保持着固定的轴向向前飞去。

解读：转动的陀螺具有定轴性，定轴性遵守角动量守恒原理—

—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，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。利用角动量守恒定律，我们可以实现卫星的定向

控制。基于陀螺指向稳定性特点制成的陀螺仪，还被广泛用于不同领

域各种平台的稳定控制。雪铁龙C6轿车上就安装了测量车身纵向和

横向摆动的陀螺传感器，可以实现车身稳定度的控制。

图表：天宫一号太空授课：太空制作水膜

图表：天宫一号太空授课：太空制作水球

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实验四五：制作水膜、水球——液体表面张力

实验过程：王亚平把一个金属圈插入饮用水袋中，慢慢抽出金

属圈，形成了一个水膜。晃动金属圈，水膜也没有破裂;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。她接着做了第二

个水膜，用饮水袋慢慢往水膜上注水，水膜很快变成一个亮晶晶的大

水球。再向水球内注入空气，水球内形成两个球形气泡，既没有被挤

出水球，也没有融合到一起。最后，王亚平注入红色液体，红色慢慢

扩散开来，把水球变成了一枚美丽的“红灯笼”。

解读：这两个实验均展示了液体表面张力的作用。受到内部分

子的吸引，液体表面分子有被拉入内部的趋势，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。

表面张力现象在日常生活中非常普遍，比如草叶上的露珠、空

气中吹出的肥皂泡等。地球引力使得肥皂泡上方变薄破裂而无法长久

存在，而太空中的液体处于失重状态，表面张力不仅大显身手，还决

定了液体表面的形状。水膜实验中，表面张力使水膜像橡皮膜一样搭

在金属环里，并且比地面上形成的水膜面积更大、存在时间更长。同

样，由于没有重力影响，航天员向水膜上不断注入水时，这些水就能

够均匀分布在水膜周围，逐渐形成水球。

液体表面张力在航天活动中有重要应用。失重环境下，航天器

推进剂贮箱中的液体燃料界面和气体界面不再是稳定的，可能产生液

体迁移、气液混合等现象，导致推进剂无法正常供应。因此，科学家

们制造了表面张力贮箱，利用表面张力推动液体推进剂流动，为动力

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系统提供满足要求的推进剂。

篇三：解读神十太空授课五个实验

解读神十太空授课五个实验

2019年6月20日上午10时11分，随着一声“同学们，你们

好”的问候，在距离地面300公里的天宫一号，中国女航天员王亚平

开始了迄今为止人类历史上第二次太空讲课。弯弯的柳叶眉、清澈的

双眸、甜美的笑容，王亚平昨天的出镜让人眼前一亮，立刻“秒杀”

亿万网友。在王亚平近乎“魔术”般手下，圆周运动的单摆、不变轴

向的陀螺、晶莹剔透的水膜、红扑扑的水球，中国第一堂太空授课在

趣味与惊奇中完美展现。

2019年08月14日，美国人芭芭拉·摩根在国际空间站进行了

人类首次太空授课，她通过视频向学生展示了在太空运动、喝水等情

景。专家称，和芭芭拉进行的太空授课相比，中国航天员的这堂太空

授课，不仅科技含量更高，难度也更高。摩根太空授课的内容是介绍

和演示太空生活，而王亚平授课的内容是介绍和演示物理概念，难度

高于美国。据太空授课教案组介绍，太空授课计划一年前就在筹备了，

本想神舟九号的时候就进行，但神九升空时间较短而且主要任务是对

接任务，所以太空授课计划最终在神十实现。神十太空授课创下了两

个第一：中国载人航天工程史上第一次发自太空的授课，中国学生第

一次通过直播画面观看来自太空的五个失重实验。

神十太空授课为何挑选这五个实验？主要是从经典、易懂、新

颖、观赏性和差异性、学生们的知识储备和兴趣等几个方面去考虑的，

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在弹簧秤、陀螺、单摆、金刚圈这些教具的协助下，神奇的现象应接

不暇。

实验一：打开“箱子”测质量

悬空打坐、大力神功，这两招专属武林高手们的“功夫”，经

过三名航天员在太空的演绎，引来了同学们的阵阵喝彩。航天员表演

之后给同学们提出了疑问：在地面上，人们一般用天平、台秤等测量

物体受到的重力，从而计算物体的质量。那么，失重环境下该如何测

质量呢？天宫一号上配备有质量测量仪，这个质量测量仪就是设置在

天宫一号舱壁的一个支架形状的装置，看上去像飞船舱壁上的一个箱

子。拉开“箱子”后，聂海胜把自己固定在支架一端，王亚平轻轻拉

开支架，一放手，支架便在弹簧的作用下回复原位。装置上的ＬＥＤ

屏上显示出数字：74.0，这表示聂海胜的实测质量是74千克。在给

同学们解释了应用原理之后，王亚平还给同学们布置了一道课后思考

题：除了运用牛顿第二定律，还有什么办法可以在失重环境下测量物

体的质量呢？

【解读】在地面上，弹簧秤提供的弹力跟重力是平衡的，不同

质量的物体挂在弹簧秤上弹簧伸长不一样，即重量是不一样的。在太

空，因为微重力环境，两个不同质量的物体在弹簧秤上，两个弹簧指

标是平齐的。因为没有重量的概念，弹簧秤就没有读数。天宫一号里

的“质量测量仪”，运用了牛顿第二定律，即物体加速度的大小跟物

体受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比，这一定律在太空和地

面都是成立的。据了解，这个原理在航天活动中比较常用。例如，航

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天器在运行中会耗损，质量会发生变化，就影响轨道控制的精确度。

这时，可开启推力器，并同时测量航天器的加速度，从而准确掌握航

天器的质量。

实验二：神奇单摆做圆周运动

物理课上常见的实验装置单摆受力后，是左右摇摆还是圆周运

动？这个稍有物理常识的人都很容易回答的问题放在太空就变得超

乎想象了。在第二个实验中，支架上细绳拴着一颗明黄色的小钢球，

这就是物理课上常见的单摆。王亚平把小球轻轻拉升到一定位置放

手，小球并没有出现地面上常见的往复摆动，而是停在了半空中，拴

小球的细线呈弯曲状静止，将其拉高后，结果并没有发生变化。接下

来，王亚平用手指沿切线方向轻推小球，小球就开始绕着支架的轴心

做圆周运动，即使中心轴的角度发生改变，小球也仍然做同样的运动。

而同样的动作在地面对比试验中，就需要施加足够的力，给小球一个

较大的初速度，才能使它绕轴旋转。

【解读】小球单摆是一个经典的运动模型。在地面上小球单摆具

有等时性，比如摆钟。在太空中由于小球失重，只剩下一个绳子的拉

力，理论上说，单摆上的小球无论放在哪个位置都不会动，小球会飘

浮在空中。但在实验中，小球提高到一个位置时，发生了晃动。即在

太空中，如果给了小球一点初速度，小球就能在绳子的牵引下做圆周

运动，如果摩擦小，这种圆周运动是匀速的。据了解，太空中的一个

小动作，甚至呼吸，天宫一号设备的运转都可能造成小球运动。

实验三：陀螺轴向不变向前飞

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为了证实高速旋转的陀螺在太空失重条件下的定轴特性，王亚

平取出一个红黄相间的陀螺，把它静止悬放在空中。用手轻推陀螺顶

部，陀螺翻滚着飞向远处，轴向也发生了改变，期间，聂海胜也对陀

螺进行了干扰。紧接着，王亚平取出一个一模一样的陀螺，通过道具

让它旋转起来并悬浮在半空中，这时候再用手轻轻一推，旋转的陀螺

只是轻晃一下，并不翻滚，而只是保持着固定的轴向，向前飞去。

【解读】旋转的陀螺体现出很好的定轴性，定轴性遵守角动量

守恒原理，即在没有外力矩作用的情况下，物体的角动量会保持恒定。

据了解，现实生活中有很多体现，比如子弹从枪膛里出来时高速旋转，

这样保持稳定性和准确性。不论在太空还是在地球，都遵守角动量守

恒原理。在地面上，陀螺需要支撑物实现转动，而陀螺与支撑物之间

的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的方向，最终停下。在太空中，给静止

的陀螺一个初速度，就会向前翻转。给正在转动的陀螺一个初速度，

轴向几乎不变。据了解，利用角动量守恒定律，可以实现卫星的定向

控制。而有些轿车上，就安装了测量车身纵向和横向摆动的陀螺传感

器，可以实现车身稳定度的控制。

实验四：“水膜”内嵌入中国结

在水膜实验中，王亚平拿起一个饮用水袋，打开止水夹，水并

没有倾泻而出。轻挤水袋，在饮水管端口形成了一颗晶莹剔透的水珠，

略微抖动水袋，水珠便悬浮在半空中。但是甩出的水珠必须用吸水纸

迅速收集起来，避免乱飞影响设备安全。接着，她把一个金属圈插入

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装满饮用水的袋中，慢慢抽出金属圈，便形成了一个漂亮的水膜。轻

轻晃动金属圈，水膜也不会破裂，只是偶尔会甩出几颗小水滴。随后，

王亚平又往水膜表面贴了一片画有中国结图案的塑料片，水膜依然完

好。

【解读】在地面上，只有经过处理的肥皂水等才能表现比较强

的张力特性。因为地面上的液体表面张力无法抗衡地球引力的作用。

液体的表面张力，使得液体表面分子有被拉入内部的趋势，导致表面

就像一张绷紧的橡皮膜，是促使液体表面收缩的绷紧的力。在太空中，

表面张力使水膜似橡皮膜圈在金属环里，并且比地面上形成的水膜更

大、存在时间更长。据了解，液体表面张力在航天活动中有重要应用。

科学家们制造了表面张力贮箱，利用表面张力推动液体推进剂流动。

实验五：普通水变身“魔法水球”

为了进一步证实液体在太空的表面张力，王亚平用金属圈重新

做了一个水膜，然后用饮水袋慢慢向水膜上注水，不一会儿，水膜就

变成了一个亮晶晶的大水球，水球中还有一串小气泡。聂海胜取出一

支注射器，抽出水球中的小气泡。王亚平用注射器向水球内注入空气，

在水球内产生了两个标准的球形气泡，气泡既没有被挤出水球也没有

融合到一起，水球也没有爆裂。紧接着，王亚平又用注射器把少许红

色液体注入水球，红色液体慢慢扩散开来，透明的水球就变成了粉红

色。

【解读】航天员向水膜上不断注入水时，这些水就能够均匀分

布在水膜周围逐渐形成水球。太空中去除了重力对物体形态的制约之

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外，由于分子间的相互作用，液体表面张力很明显，液体的表面积会

缩到最小，也就变成了水球。在地面上由于有密度差，如果注入红色

液体，扩散会有一个总体的趋势，就像鸡尾酒里的层次分明。但在太

空中没有密度差，扩散就

比较均匀。