太空第一课：神奇！难忘！

   将一名航天员固定在人体支架上，另一航天员将其向外拉到一定位置后松手，支架会在弹簧的作用下回到初始位置，即可测出第一名航天员的质量。

   A组：将单摆小球拉到一个位置后放手，小球将呈悬浮状。B组：给单摆小球施加一个力，小球开始做圆周运动。

   A组：给放置的陀螺一个干扰力，陀螺翻滚前进轴向发生改变。B组：给旋转的陀螺一个同样的干扰力，旋转的陀螺没有翻滚而是晃动前进。

   1：往水膜加水，水膜变成一个水球。2：往水球中注入空气，水球中会形成气泡，两个气泡不会融合。3：往水球中注入红色液体，水球变成红色。

   1：将金属圈放入水袋后慢慢取出。2：金属圈上会形成一层水膜，水膜表面可吸附物体。3：来回晃动金属圈可甩出小水滴。

   来自教育家孔子家乡的女航天员王亚平，20日上午在天宫一号里成功进行我国首次太空授课。

   在指令长聂海胜和摄像师张晓光的协助下，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，并回答了学生们关于航天器用水、太空垃圾防护、失重对抗和太空景色等问题。

   设在中国人民大学附属中学的地面课堂里，包括少数民族学生、进城务工人员随迁子女及港澳台地区学生代表在内的330余名中小学生，参加了这堂物理课。全国8万余所中学6000余万名师生通过电视直播同步收看。

   “实验太神奇了。”人大附中高一学生王义铎说，“物理原理我们都学过，但太抽象了，只能死记硬背。今天看了亚平老师的演示，可能一辈子也忘不了。”

   太空授课活动由中国载人航天工程办公室、教育部、中国科协共同主办，持续约40分钟。这一天地互动过程是在我国第三颗中继卫星的支持下实现的。它的亮相同时标志着我国新一代载人航天测控网基本建成。

   至此，神十航天员已在轨飞行接近9天。他们将继续在天宫一号开展空间科学实验和技术试验。

揭秘

                        航天专家解读太空实验原理

实验一：质量测量—牛顿第二定律

  “太空教师”王亚平在太空课堂所做的一系列实验反映了什么样的物理原理？清华大学航天学院副教授王兆魁对这些问题进行了解读。

   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。

   专家解读：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。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，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。[NextPage]

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。

   专家解读：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。而在地球上，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。

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。

   专家解读：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。

实验四、实验五：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，把水球变成了一个美丽的“红灯笼”。

   专家解读：这两个实验均展示了液体表面张力的作用。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，为动力系统提供满足要求的推进剂。