中国首次太空授课活动20日上午成功举行，神舟十号航天员在天宫一号展示了失重环境下的物理现象。

太空授课的主讲人为女航天员王亚平。聂海胜辅助授课，张晓光担任摄像师。

在大约40分钟的授课中，航天员通过质量测量、单摆运动、陀螺运动、水膜和水球等5个基础物理实验，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。他们讲解了实验背后的物理原理，并通过视频通话与地面课堂师生进行互动交流。

地面课堂设在位于北京市海淀区的中国人民大学附属中学。

这次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。有关专家说，太空授课活动是我国载人航天飞行中首次开展的教育类应用任务，体现了载人航天工程直接为国民教育服务的理念，必将进一步激发广大青少年崇尚科学、热爱航天、探索未知的热情与梦想。

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。

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。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。

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。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。

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。

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。

王亚平妙语录

首先，让我们的指令长来给大家表演几个高难度的动作吧。（聂海胜：好，没问题，那我就给大家表演一个“悬空打坐”吧。）哎，我还有“大力神功”呢。

在太空失重环境中，我们各个都像是“身轻如燕”的武林高手。

在太空中失重环境下，水是不会自己流出来的。我想，如果诗人李白在天宫中生活，大概他就写不出“飞流直下三千尺”的诗句了。因为在失重状态下，根本就不可能会“飞流直下”。

接下来我要挤出一个水滴。同学们，你们看到这个可爱的、漂亮的小水滴，有没有想到“晶莹剔透”这个词呢？我真想多做几个，把它们串成一串水晶项链，送给你们。为了避免它到处乱飞，我要用独特的方法来收集它。正好可以润润嗓子。（王亚平张嘴把漂浮在空中的水滴吃了进去）

这是一个金属圈，这是我们喝的普通水，那么我能用它们做出什么来呢？大家睁大眼睛注意看哦。首先把水袋打开，把金属圈慢慢地放到水袋里，轻轻地拉出来。同学们，见证奇迹的时刻就要到了。