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太空授課

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2024年12月31日 03:51

北京時間2013年6月20日上午10點，神十航天員在太空給地面的學(xué)生講課，此次太空授課主要面向中小學(xué)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(zhì)量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。航天員將進行在線講解和實驗演示，并與地面師生進行雙向互動交流。 [3]中國載人航天工程新聞發(fā)言人武平表示：“航天員將首次面向中小學(xué)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(wù)的一大亮點?！?[2]

2021年12月9日15時40分，“天宮課堂”第一課開始，神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富將在中國空間站進行太空授課。3名航天員將在軌介紹展示中國空間站工作生活場景，演示微重力環(huán)境下細胞學(xué)實驗、物體運動、液體表面張力等現(xiàn)象，并與地面課堂進行實時交流。 [8-9]

2022年，神舟十四號飛行乘組時期，將在“問天實驗艙”進行天宮課堂太空授課活動。 [11]

2022年10月12日，天宮課堂”第三課定于當(dāng)日15時45分開始，神舟十四號飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲將面向廣大青少年進行太空授課。 [12]

首次授課

活動情況

天宮一號運行在預(yù)定的交會對接軌道上，狀態(tài)穩(wěn)定，設(shè)備工作正常，推進劑等消耗性資源充足，滿足交會對接任務(wù)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(wù)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(fā)廣大中小學(xué)生對宇宙空間的向往、對學(xué)習(xí)科技知識的熱情。

女航天員王亞平將成為中國境內(nèi)的第一位“太空老師”。對于她的授課內(nèi)容，武平介紹，主要是使中小學(xué)生了解微重力環(huán)境下物體運動的特點，了解液體表面張力的作用，加深對質(zhì)量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。航天員將進行在線講解和試驗演示，并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(xué)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；

授課時間

北京時間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。 [4]

授課內(nèi)容

2013年6月20日太空授課內(nèi)容

授課內(nèi)容

授課過程

圖片

王亞平太空授課內(nèi)容主要是使中小學(xué)生了解微重力環(huán)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：由于處于失重環(huán)境，地球與航天員間的萬有引力全部用于提供向心力，因而可以定于空中不動。（牛頓第一定律）

王亞平太空授課

實驗一：質(zhì)量測量

在失重的太空，地面的測重不再奏效?！澳敲?，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(zhì)量測量儀”?！疤帐谡n”的助教聶海勝將自己固定在支架一端，王亞平將連接運動機構(gòu)的彈簧拉到指定位置。松手后，拉力使彈簧回到初始位置。這樣，就測出了聶海勝的質(zhì)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(zhì)量×加速度。如果知道力和加速度，就可算出質(zhì)量，“彈簧凸輪機構(gòu)，產(chǎn)生恒定的力。也就是，剛才將助教拉回至初始位置的力。此外，還設(shè)計一個光柵測速系統(tǒng)，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(fù)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(zhì)量（m=F/a）。牛頓第二定律是一個在一切慣性空間內(nèi)普遍適用的基本物理定律，不因物體的引力環(huán)境、運動速度而改變，因此在太空和地面都是成立的。

太空授課模擬圖(5張)

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后放掉，小球像著了魔似的，用很慢的速度擺動。隨后，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(xué)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(guān)。但在失重的狀態(tài)，沒有了回復(fù)力，鋼球就靜止在原始位置。這時，細繩并沒有給球拉力。

手推小球，相當(dāng)于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。隨后，她又取出一個陀螺，抽動它后，再用手輕推，陀螺沿著固定的軸向向前飛去。

揭密：角動量守恒

特級教師駱興高：轉(zhuǎn)動的陀螺具有定軸性。何為“定軸性”？就是當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子以高速旋轉(zhuǎn)時，在沒有任何外力矩作用在陀螺儀上時，陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸在慣性空間中的指向保持穩(wěn)定不變的特性，也稱為穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量愈大，穩(wěn)定性愈好；轉(zhuǎn)子角速度愈大，穩(wěn)定性愈好。定軸性遵守角動量守恒定律——在沒有外力矩作用的情況下，物體的角動量會保持恒定。航天員瞬時施加的干擾力不能產(chǎn)生持續(xù)的力矩，由于角動量守恒，高速旋轉(zhuǎn)陀螺的旋轉(zhuǎn)軸就不會發(fā)生很大改變。而這一點在地面上之所以很難實現(xiàn)，并不是因為角動量守恒定理不成立，而是因為陀螺與地面摩擦產(chǎn)生的干擾力矩等因素改變了陀螺的角動量，使其旋轉(zhuǎn)速度逐漸降低，不能很好地保持旋轉(zhuǎn)方向。

實驗四：制作水膜與水球

這是同學(xué)們最感興趣，也是最神奇的實驗。

一個金屬圈插入飲用水袋并抽出后，形成了一個水膜。這在地面，難以實現(xiàn)，因為重力會將水膜四分五裂。那么，這個水膜結(jié)實嗎？輕晃金屬圈，水膜并未破裂，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(jié)圖案的塑料片，水膜依然完好。

更奇跡的時刻：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(nèi)有連串的氣泡，用針筒取出，水球卻不受任何破壞。

最后，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(xué)院的專家：液體表面層內(nèi)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(nèi)聚力引起的，在太空與地面液滴產(chǎn)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(tài)下，表面張力表現(xiàn)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(nèi)部稀疏，分子間的距離比液體內(nèi)部大一些，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力，導(dǎo)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(xiàn)為分子引力，宏觀體現(xiàn)即液體表面的張力。當(dāng)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(xué)生“天地對話”

為配合此次太空授課活動，中國載人航天工程網(wǎng)在2013年5月24日至6月10日期間舉辦了“我問航天員”——太空授課大型問題征集活動，收集中小學(xué)生朋友對載人航天科技、航天飛行、空間科學(xué)及航天員太空工作、生活等領(lǐng)域的提問。

已經(jīng)征集到數(shù)千個相關(guān)問題。這些問題，除了部分由參與過飛行任務(wù)的航天員或航天專家在活動后期以訪談、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(xué)生到太空授課的地面現(xiàn)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(xù)45分鐘，課程內(nèi)容為展示并講解太空中的失重現(xiàn)象等。此次授課將通過天鏈數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”傳送雙向?qū)崟r授課畫面，實現(xiàn)天地之間的視頻提問和回答。

太空授課

天宮課堂

第一課

北京時間2021年12月9日15：40，“天宮課堂”第一課正式開講，這是中國空間站首次太空授課活動。在約60分鐘的授課中，神舟十三號飛行乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富生動介紹展示了空間站工作生活場景，演示了微重力環(huán)境下細胞學(xué)實驗、人體運動、液體表面張力等神奇現(xiàn)象，并講解了實驗背后的科學(xué)原理。授課期間，航天員通過視頻通話形式與地面課堂師生進行了實時互動交流。 [10]

授課時間

授課人

授課項目

海報

2021年12月9日15時40分

翟志剛、王亞平、葉光富

1、航天員在軌工作生活場景展示

從太空傳回的知識信號

2、太空細胞學(xué)研究實驗展示

3、太空轉(zhuǎn)身

4、浮力消失實驗

5、水膜張力實驗

6、水球光學(xué)實驗

7、泡騰片實驗

8、天地互動交流 [9]

天宮課堂

第二課

2022年3月23日，“天宮課堂”第二課在中國空間站開講，神舟十三號乘組，航天員翟志剛、王亞平、葉光富

繼續(xù)擔(dān)任“太空教師”，相互配合進行了精彩授課。

“天宮課堂”第二課

在約45分鐘的授課中，3名航天員生動演示了微重力環(huán)境下太空“冰雪”實驗、液橋演示實驗、水油分離實驗、太空拋物實驗，深入淺出講解實驗現(xiàn)象背后的科學(xué)原理，同時展示了部分空間科學(xué)設(shè)施，介紹了在空間站的工作生活情況。授課期間，航天員通過視頻通話形式與地面課堂師生進行了互動交流，在傳播普及空間科學(xué)知識的同時，激發(fā)了廣大青少年不斷追尋“科學(xué)夢”、實現(xiàn)“航天夢”的熱情。

第三課

“天宮課堂”第三課

2022年10月12日“天宮課堂”第三課在中國空間站開講，由神舟十四號乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲

面向廣大青少年進行太空授課。

“天宮課堂”第三課

在約50分鐘的授課中，神舟十四號乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲生動介紹展示了空間站問天實驗艙工作生活場景，演示了微重力環(huán)境下的毛細效應(yīng)、水球變“懶”、太空趣味飲水、會調(diào)頭的扳手等神奇實驗，并生動講解了實驗背后的科學(xué)原理。此外，航天員還重點介紹了在中國空間站開展的水稻和擬南芥種植研究情況，展示了科學(xué)手套箱剪株操作。授課期間，航天員通過視頻通話形式與地面課堂師生進行了實時互動交流，地面課堂專家也就有關(guān)科學(xué)問題進行認真解析。

第四課

“天宮課堂”第四課

2023年9月21日，“天宮課堂”第四課在中國空間站開講，由神舟十六號乘組，航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮面向全國青少年進行太空科普授課。 [13]

“天宮課堂”第四課

在約48分鐘的授課中，神舟十六號航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮生動展示介紹了空間站夢天實驗艙工作生活場景，演示了球形火焰實驗、奇妙“乒乓球”實驗、動量守恒實驗以及又見陀螺實驗，并生動講解了實驗背后的科學(xué)原理。授課期間，航天員通過視頻通話形式與地面課堂師生進行了實時互動交流。

本次航天任務(wù)中的“太空授課”環(huán)節(jié)旨在激發(fā)廣大中小學(xué)生對宇宙空間的向往、對學(xué)習(xí)科技知識的熱情，使中小學(xué)生走近航天、了解航天、熱愛航天。

作為繼美國之后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，還會從應(yīng)用上推動天地大容量信息處理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而大數(shù)據(jù)時代的來臨將成為天地大容量信息處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展的契機。 [5]

同時這也意味著中國已經(jīng)可以對地外航天器進行至少40分鐘的實時監(jiān)控，這意味中國已經(jīng)擁有對洲際導(dǎo)彈進行全程的調(diào)整和監(jiān)控能力。

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(xiàn)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(biāo)飛行器天宮一號上為中小學(xué)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(lián)合教育部、中國科協(xié)和中央電視臺等部門對活動進行了系統(tǒng)、周密的策劃，完成了課件、教具制作和地面課堂的準(zhǔn)備工作，航天員也進行相關(guān)訓(xùn)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(wù)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

1986年，美國女教師麥考利夫就被選中，參與挑戰(zhàn)者號航天飛機“教師在太空”計劃，但不幸機毀人亡。此后美國頒布“普通民眾不得再參與航天飛機任務(wù)”的禁令。

美國女教師麥考利夫 [6]

2007年，當(dāng)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。 [7]

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(xué)生在地面聽講。除了負責(zé)完成部分專業(yè)任務(wù)外，摩根還開設(shè)“太空課堂”，與地面上的學(xué)生“天地連線”，通過視頻向?qū)W生展示了在太空運動、喝水等情景，成為那次任務(wù)的最大亮點。

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