【王亚萍实验】王亚萍太空物理实验

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。“实验太有趣了。”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。”

既然太空是失重环境，航天员咽下的食物会不会悬浮在胃里？没能为困扰自己很久的疑惑争取到提问机会，王义铎很遗憾。由于视力问题，这位16岁少 年并不认为自己将来可能成为航天员，但他期望有一天能坐上神舟飞船，去看一看宇宙是否像电影里那样浩瀚美丽。

“青少年的科学精神是人类进步的动力。”载人 航天工程总设计师周建平认为，航天活动可以为青少年树立这样一种理念：爱科学、学科学并勇于面对科学风险，美好的科学目标才能实现。

尽管这是我国第一次利用航天飞行开展科普教育的尝试，但半个多世纪里，航天事业一直是激发民众科学精神的重要载体。

科普教育也是世界航天活动的组成部分。美国女宇航员芭芭拉·摩根曾于2007年8月乘坐“奋进号”航天飞机进入国际空间站，完成了人类第一次太空授课。

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。

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。

在太空授课结束之后，有航天专家认为，美国航天员芭芭拉在国际空间站进行的历史上首次太空授课，授课内容主要是关于失重状态下的生活环境，比如 在太空运动、喝水等情景。中国的这次太空授课，选取的试验项目更加贴近中学生的课堂，比如单摆，玩具陀螺等，都是学生们常见的。关于液体表面张力的展示， 不仅更为充分，观赏性也很强。相比之下，这次“太空授课”的科技含量更高。

[授课内容]

　　5个物理实验讲解失重

　　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。

　　镜头一：漂浮亮相

10时11分，神舟十号航天员的身影清晰出现在中国人民大学附属中学报告厅大屏幕上。作为太空授课的“地面课堂”，330多位师生在这里亲身经历与神十航天员天地连线。

王亚平鱼儿一般向舱内摄像机游来，她是本次授课的主讲。指令长聂海胜则当起了“助教”，负责配合“主讲”管理教具，维护课堂秩序。航天员张晓光是这次授课任务的摄像师。

为更好展示太空失重状态，指令长聂海胜盘起腿，玩起了“悬空打坐”。王亚平用手指轻轻一推，聂海胜摇摇晃晃向远处飘去。

　　镜头二：太空称重

航天员的表演给同学们带来了疑问：在地面上，人们一般用天平、台秤、托盘秤、杆秤、弹簧秤测量物体的质量。那么，失重环境下，太空中航天员想要知道自己是胖了还是瘦了，该怎么办呢？

“质量测量仪”派上了用场，这是从天宫一号舱壁上打开的一个支架形状装置。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。测量结果表明，聂海胜的质量是74千克。

王亚平解释说，天宫中的质量测量仪，应用的是牛顿第二运动定律：物体受到的力等于它的质量×加速度。实验中设计了一个弹簧能够产生一个恒定的力，还设计了一个系统测出加速度，然后根据牛顿第二定律就可以算出身体的质量了。

　　镜头三：神奇单摆

T型支架上，用细绳拴着一颗明黄色的小钢球。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。王 亚平用手指沿切线方向轻推小球，奇妙的现象出现了：小球开始绕着T型支架的轴心做圆周运动——而在地面对比试验中，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。

　　镜头四：旋转陀螺

地面上常见的玩具陀螺，在太空中成了好教具。王亚平取出一个红黄相间的陀螺悬在空中，用手轻推陀螺顶部，陀螺翻滚着向前移动。紧接着，她拿出一个相同的陀螺，先旋转起来再悬浮在半空中，这一次用手轻轻一推，旋转的陀螺则不再翻滚，而是保持摇晃着向前奔去。

王亚平介绍说，在天宫一号目标飞行器上，就装有各式各样的陀螺定向仪，正是有了它们，才能精准地测量航天器的飞行姿态。

　　镜头五：魔幻水球

王亚平拿起一个航天员饮用水袋，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。

接着，她把一个金属圈插入装满饮用水的自封袋中，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上了一片画有中国结图案的塑料片，水膜依然完好。这些在地面难得一见的奇特景象，引起了地面课堂同学们的连声惊叹。

慢慢地向水膜注水，不一会儿，水膜就变成了一个亮晶晶的大水球。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。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，晶莹透亮的水球变成了“红灯笼”。

　[天地问答]

　　如何避免撞到太空垃圾

　　昨天，女航天员王亚平在距离地面300多米的太空“讲台”上，为地面的中小学生上了一堂生动的“太空课”，在位于北京人大附中的地面课堂上，同学们也是听得格外认真，课堂互动也十分热烈。

　　太空中有没有上下方位区别？

■人大附中初二学生徐海博：航天员老师您好，我特别羡慕你们能漂浮在空中给我们讲课，我想知道你们在太空中有没有上和下的方位区别呢？

王亚平：这是一个非常有意思的问题，先让人帮我一个忙，让我转90度。现在对于我来说，这边是上，这边是下。再把我转90度，对于我来说，这边 又是上，这边又是下。在太空中，我们自身的感觉在方位上无所谓上和下的区别，无论我们头朝哪个方向，自身的感觉都是一样的。不过在天宫里，为了便于工作和 生活，我们也人为定义了上和下，把朝向地球的一侧作为下方，并铺设了地板。

　　对抗失重有什么措施？

■潞河中学高一学生韩苏阳：请问老师采取了哪些措施来对抗失重给人体带来的不利影响？

聂海胜：在太空中航天员会遇到失重、噪声、狭小环境等不利因素的影响。失重会造成人体心血管失调、肌肉萎缩等。为了有效抵抗失重，我们通常采用 药物、体育锻炼和体液重新分布等方法进行防护。我们也从地面上带来了很多设备，比如企鹅服、套袋、拉力器、自行车动量计等。我们刚才上课用的这个小讲台就 是由一个自行车动量计改造的，等会儿上完课，我们就马上把它组装成一个太空锻炼自行车。

　　太空中的生活水可以循环使用吗？

■人大附中高二学生司紫硕：航天员老师您好。刚才您演示了许多关于水的现象，我想问，这些水都是由地面带到天宫一号中的吗？还有，平时太空中的生活用水可以循环使用吗？

聂海胜：我们使用的水都是从地面上带来的，水在太空中的循环利用非常重要，也非常有意义。它需要有先进的技术和复杂的设备支持，因此在短期飞行 中，还是一次性用水更经济。我国的空间站将采用先进的资源再生和循环利用技术，在天宫一号里我们也进行了部分相关关键技术的验证实验，我国科研人员将把中 国的空间站建设成为运行高效、节约的空间站。

太空垃圾会撞击天宫一号吗？

■北师大附中高一学生毛思锐：您能看到太空垃圾吗？天宫一号是否有应对太空垃圾的防护措施？

王亚平：在飞行的这几天，我们没有看到太空垃圾。不过事实上，太空垃圾确实存在，虽然它与航天器相撞的几率很小，但是数量却不少，而且一旦与航 天器相撞，后果不堪设想。因此在发射之前，我们就对太空垃圾进行了预警分析，也对我们的天宫一号进行了相应的规避和防护措施，以确保航天员的安全。

从太空看星星会闪烁吗？

■史家小学四年级学生邱甜：请问您看到的窗外景色和地面上看到的有什么不同？能看到UFO吗？星星还会闪烁吗？

王亚平：这是一个奇妙的问题。通过舷窗，我们可以看到美丽的地球，还可以看到日月星辰，但是到目前为止，我们还没有看到UFO。由于我们处于大 气层之外，没有了大气的阻挡和干扰，所以我们看到的星星是格外明亮的，但是不会闪烁了。

同样，由于没有了大气对光的散射作用，我们看到的天空不是蓝色的而 是深邃的黑色。另外，我还要告诉你们一个很奇妙的现象，就是现在我们每天可以看到16次日出，因为我们每90分钟就可以绕地球一圈。

[上海现场]

　　本市青少年科技爱好者上“太空第一课”

　　初二生：有点“超纲”，但我会主动学习

□晨报记者 王婧 张岂凡 徐妍斐

除了北京的地面课堂，上海部分中学也组织学生集体收看了“太空授课”。作为上海宇航学会挂牌的46所航天科技特色学校之一，闵行三中的初二学生昨天在期末考试结束后依然聚集学校，共同收看中国首堂太空授课。

来自上海市航天特色学校、民工子女学校的120多名青少年航天科技爱好者在中国福利会少年宫多功能厅，也认真观看来自“天宫一号”空间站里的授课。

　　“感觉太空离我们很近”

昨天上午9时多，银春路的闵行三中高中部活动教室，三十名品学兼优、对航天有浓厚兴趣的初二学生特地来到此处，等待中国首堂太空授课。在两个展示台的周围，是同学们用木头、塑料等材料制作的航天发射基地模型，有火箭、有发射塔、有空间站……

整堂太空课，同学们看得目不转睛，结束后仍不过瘾。赵思远同学说，自己原本感觉太空是很神秘的，学习了这堂太空课，感觉太空离我们也很近，王亚 平老师做的实验很奥妙很有趣。阮淑婷同学则对太空课丰富的实验种类赞叹不已，不过，她认为太空课的内容对她来说有点“超纲”：“太空测量质量中用到的 F=MA是牛顿第二定律，我们才学到第一定律。”但她表示，太空课的实验激发了她的兴趣，她想在课后主动学会这个知识点。

上海宇航学会副秘书长赵金才认为，这堂太空课面向广大青少年，作为航天知识的普及行动很有意义。“虽然课堂上，同学们也可以学习了解到科学理 论，但是在有重力的环境下，很多实验同学们没法做，只能凭公式、凭想象去理解。而‘太空课’弥补了这种缺憾，直观地呈现出课堂上难以解释的现象，而且王亚 平的语言表达和亲切表情也都很适合青少年。”

　　听课前先做对比物理实验

昨天上午9时30分，在太空授课正式开始前，中国福利会少年宫请来的一位科学指导老师先“疯狂”了一把：用对比物理实验，为现场的学生演示有关 液体表面张力的作用、质量、重量等方面的内容，帮助中小学生对比、了解地球和太空不同的实验结果及其原理。

神奇的科学实验让学生连连发出惊叹声。“水在自 然条件下是从高往下流，它在地球引力下是散状的，必须用容器盛放，而在太空中微重力条件下，水依靠自身张力形成珠状，是飘浮在空中。”这个常识很多学生都 知道，但是在教室里，学生们却惊奇地发现，老师手中的杯子明明盛了水，可是把杯子倒过来后水却没有流出来。

这是为什么？原来，秘密就在于老师往杯子里放了一种神奇的粉末——凝固粉。“一颗凝固粉可以吸收比自己身体大500倍的水，将它们倒进水杯后， 它们会慢慢变大，在杯子里互相挤压，形成张力，正是这种张力让水不会倾泻而出。”老师随即揭开了谜底。

“如何破坏水表面的张力呢？”此时，老师在水中加入 了一些沐浴露。“沐浴露是水的‘天敌’，它会破坏水的团结和表面张力。”老师正说着，杯子中不断喷涌出白色的泡泡，水却慢慢变少，老师用力一吹，这些泡泡 就飞到学生们的身上，现场一片欢腾。“我现在知道人在太空中是怎么生活的了，原来太空中喝水水会飘起来，睡觉也很奇怪，要戴着眼罩，还要把耳朵塞起来。” 进涛小学三年级学生赵冰雪兴奋地说。

看完太空授课，学生们意犹未尽，并且产生了新的问题，“太空中厕所是怎么样的？”“宇宙到底有多大？有多少颗星球？”对此，现场的上海航天专家 表示，宇宙浩瀚，很多问题目前人类还无法回答，等待着继续探索。太空授课的方式可以激发青少年学生对宇宙空间的向往，点燃学习科学知识的热情。

“愿与您一道为开启全世界青少年朋友热爱科学、探索宇宙的梦想共同努力。 ” 

　　——王亚平

　　中美“太空教师”互致祝愿

□据新华社北京6月20日电

刚刚完成太空授课的中国女航天员王亚平，20日在天宫一号通过电子邮件向世界第一位“太空教师”、美国前宇航员芭芭拉·摩根发去回信。回信全文 如下。“亲爱的芭芭拉·摩根女士：在遥远的太空收到您的来信，我和我的同事感到很高兴，谢谢您对我们的关心和祝愿，对您为世界载人航天和教育事业做出的贡 献表示敬佩和敬意。

今天，我们顺利完成了太空授课活动，与亿万中国学生一起分享了太空的神奇和美妙，收获了知识和快乐，希望您和世界各地的教师、学生看到 后能够喜欢。飞行期间，我经常会通过舷窗遥望我们美丽的家园。太空寄托着人类美好的向往，知识是走向太空的阶梯。我们愿与您一道为开启全世界青少年朋友热 爱科学、探索宇宙的梦想共同努力。”

从小学教师训练为职业宇航员的芭芭拉·摩根，是于2007年8月乘坐“奋进号”航天飞机进入国际空间站的。在人类第一次太空授课中，她通过视频向学生展示了在太空运动、喝水等情景。

6月13日，62岁的芭芭拉致信王亚平，表达了她对神舟十号航天员的问候和祝愿，并对王亚平担任首位中国太空授课教师给予热切期盼和鼓励。

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01.气垫导轨介绍02.数字计时仪介绍03用数字计时仪测气垫导轨上滑块的即时速度04匀速直线运动及其速度05测运变速直线运动的加速度06电磁打点记时器07用打点计时器演示匀速直线运动08电火花打点计时器09用打点计时器测匀加速直线运动的加速度10初速度为零的匀加速直线运动的路程和时间的关系11用牛顿管演示空气阻力很小时不同物体同事下落12用悬挂法确定薄板的重心13用大玻璃瓶演示玻璃微小形变14用形变演示器演示形变产生弹力15用激光镜面反射演示桌面微小形变16静摩擦17最大摩擦力18验证滑动摩擦定律19滑动摩擦20滚动摩擦与滑动摩擦的比较21力合成的平行四边形定则22合力的大小于分力间夹角的关系23力的分解24三角衍架演示力的分解25共点力的平衡条件26力矩的平衡27惯性(1)28惯性(2)29惯性(3)30牛顿第一定律31牛顿第二定律(1)32牛顿第二定律(2)33牛顿第三定律34静摩擦力的相互性35弹力的相互性36作用力于反作用力的关系37失重38用测力计演示超重于失重39用微小压强计演示超重于失重40物体做曲线运动的条件41曲线运动中速度的方向42互成角度的两个直线运动的合成43平抛运动与自由落体运动的等时性44平抛运动与水平匀速运动的等时性45平抛运动的轨迹46决定向心力大小的因素47弹簧振子的振动48简谐振动的图象49阻尼振动的图象50单摆的等时性51单摆的振动周期与摆球的质量无关52单摆的周期与摆长有关53用计时器研究单摆周期与摆长关系54受迫振动和共振(1)55受迫振动和共振(2)56用示波器观察发声物的振动57物体的动能58重力势能59动能与重力势能的转化60动能与弹性势能的转化61动量守恒62完全非弹性碰撞63完全弹性碰撞(1)64完全弹性碰撞(2)65完全弹性碰撞(3)66斜碰67碰撞球(1)68碰撞球(2)69碰撞球(3)70单摆小车71反冲(1)72反冲(2)73反冲(3)74气体的扩散75液体的扩散速度与温度有关76布朗运动77布朗运动的成因78分子间的相互作用力(1)79分子间的相互作用力(2)80压燃实验81空气在绝热压缩时温度升高82空气在绝热膨胀时温度降低(1)83空气在绝热膨胀时温度降低(2)84晶体的各向异性与非晶体的各向同性85表面张力现象(1)86表面张力现象(2)87表面张力现象(3)88毛细现象(1)89毛细现象(2)90流体的压强和流速有关91流体的压强和流速关系92气体的压强和体积的关系93气体的压强和温度的关系94气体的体积和温度的关系95气体压强的微观意义96带电体吸引轻小的物体97电荷间的相互作用力跟电荷量及距离有关98库仑扭称99枕形绝缘导体的静电感应100验电器的感应起电101起电盘102用锯木屑观察电场线103用其他方法观察电场线104用移电球检验带电体电荷分布在外表面105用金属网来验证带电体电荷分布在外表面106金属网罩对外电场的屏蔽107接地金属网罩对内电场的屏蔽108平行板电容器的电容跟哪些因素有关109用阴极射线管演示带电粒子在电场中的偏转110定性研究影响导体电阻的因素111定量研究影响导体电阻的因素112描绘小灯泡的伏安特性曲线113描绘二极管的伏安特性曲线114路端电压与负载电阻的关系115电流周围存在磁场116安培右手螺旋定则117用铁屑观察磁感线118用铁制指针观察磁感线119磁场对电流的作用 左手定则120平行通电直导线间的相互作用121磁电式电表的结构122磁电式电表的原理123电子束在磁场中偏转124电子束在匀强磁场中的圆周运动125动生电动势的大小跟哪些因素有关(1)126动生电动势的大小跟哪些因素有关(2)127感生电动势的大小跟哪些因素有关128右手定则129楞次定律130通电自感现