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太空授課

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月31日 03:51

北京時(shí)間2013年6月20日上午10點(diǎn)，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(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)、液體的表面張力作用，加深對(duì)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(jìn)行在線講解和實(shí)驗(yàn)演示，并與地面師生進(jìn)行雙向互動(dòng)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(dòng)交流等科普教育活動(dòng)，這將成為神舟十號(hào)飛行任務(wù)的一大亮點(diǎn)?！?[2]

2021年12月9日15時(shí)40分，“天宮課堂”第一課開始，神舟十三號(hào)乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富將在中國空間站進(jìn)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(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)、物體運(yùn)動(dòng)、液體表面張力等現(xiàn)象，并與地面課堂進(jìn)行實(shí)時(shí)交流。 [8-9]

2022年，神舟十四號(hào)飛行乘組時(shí)期，將在“問天實(shí)驗(yàn)艙”進(jìn)行天宮課堂太空授課活動(dòng)。 [11]

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

首次授課

活動(dòng)情況

天宮一號(hào)運(yùn)行在預(yù)定的交會(huì)對(duì)接軌道上，狀態(tài)穩(wěn)定，設(shè)備工作正常，推進(jìn)劑等消耗性資源充足，滿足交會(huì)對(duì)接任務(wù)要求和航天員進(jìn)駐條件。武平表示，本次科普教育活動(dòng)將在組合體運(yùn)行期間擇機(jī)進(jìn)行，具體時(shí)間將綜合考慮飛行任務(wù)安排、航天員作息情況和測(cè)控通信等保障條件最終確定。屆時(shí)，將通過媒體全程直播這次活動(dòng)。

武平介紹說，本次科普教育活動(dòng)是中國利用載人航天活動(dòng)普及航天知識(shí)的一次嘗試，希望通過開展此類科普教育活動(dòng)進(jìn)一步激發(fā)廣大中小學(xué)生對(duì)宇宙空間的向往、對(duì)學(xué)習(xí)科技知識(shí)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(duì)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(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，了解液體表面張力的作用，加深對(duì)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(jìn)行在線講解和試驗(yàn)演示，并與地面師生開展雙向互動(dòng)交流。

“希望通過此次活動(dòng)，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(shí)間

北京時(shí)間2013年6月20日上午十點(diǎn)零四分零秒到十點(diǎn)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(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。

在實(shí)驗(yàn)開始，神舟十號(hào)指令長聶海勝首先做了一個(gè)“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(dòng)。（牛頓第一定律）

王亞平太空授課

實(shí)驗(yàn)一：質(zhì)量測(cè)量

在失重的太空，地面的測(cè)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(hào)，有一樣專門的“質(zhì)量測(cè)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(yùn)動(dòng)機(jī)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(cè)出了聶海勝的質(zhì)量——74千克。

揭秘：牛頓第二定律

對(duì)這個(gè)問題，王亞平就有解釋，“其實(shí)，就是牛頓第二定律F=ma?！币簿褪牵矬w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(jī)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(jì)一個(gè)光柵測(cè)速系統(tǒng)，可測(cè)出身體運(yùn)動(dòng)的加速度。”

特級(jí)教師駱興高：用光柵測(cè)速裝置測(cè)量出支架復(fù)位的速度v和時(shí)間t，計(jì)算出加速度（a=v/t），就能夠計(jì)算出物體的質(zhì)量（m=F/a）。牛頓第二定律是一個(gè)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(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)二：單擺運(yùn)動(dòng)

T形支架上，細(xì)繩拴著一顆小球。這是物理課上常見的實(shí)驗(yàn)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(dòng)。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(yùn)動(dòng)。

揭秘：太空失重

浙大航空航天學(xué)院專家：在地面，單擺的運(yùn)動(dòng)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(shí)，細(xì)繩并沒有給球拉力。

手推小球，相當(dāng)于給了小球一個(gè)初始速度，同時(shí)細(xì)繩又給小球提供了拉力，細(xì)繩拉力平衡離心力，小球便繞著支架的軸心做圓周運(yùn)動(dòng)。如果沒有細(xì)繩的拉力，小球就做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

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(shí)驗(yàn)三：陀螺運(yùn)動(dòng)

王亞平取出一個(gè)陀螺，用手輕推，陀螺竟然翻滾著向前，行進(jìn)路線變幻莫測(cè)。隨后，她又取出一個(gè)陀螺，抽動(dòng)它后，再用手輕推，陀螺沿著固定的軸向向前飛去。

揭密：角動(dòng)量守恒

特級(jí)教師駱興高：轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，在沒有任何外力矩作用在陀螺儀上時(shí)，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(dòng)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(dòng)量守恒定律——在沒有外力矩作用的情況下，物體的角動(dòng)量會(huì)保持恒定。航天員瞬時(shí)施加的干擾力不能產(chǎn)生持續(xù)的力矩，由于角動(dòng)量守恒，高速旋轉(zhuǎn)陀螺的旋轉(zhuǎn)軸就不會(huì)發(fā)生很大改變。而這一點(diǎn)在地面上之所以很難實(shí)現(xiàn)，并不是因?yàn)榻莿?dòng)量守恒定理不成立，而是因?yàn)橥勇菖c地面摩擦產(chǎn)生的干擾力矩等因素改變了陀螺的角動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。

一個(gè)金屬圈插入飲用水袋并抽出后，形成了一個(gè)水膜。這在地面，難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹亓?huì)將水膜四分五裂。那么，這個(gè)水膜結(jié)實(shí)嗎？輕晃金屬圈，水膜并未破裂，而是甩出了一個(gè)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(shí)刻：在第二個(gè)水膜上，用飲水袋不斷注水，水膜很快長成一個(gè)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(kuò)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(dòng)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(shí)，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(jí)教師駱興高：液體跟氣體接觸的表面存在一個(gè)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(shí)，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(duì)話”

為配合此次太空授課活動(dòng)，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(dòng)，收集中小學(xué)生朋友對(duì)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(gè)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(dòng)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(hào)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(jìn)行互動(dòng)。

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(shí)授課畫面，實(shí)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(shí)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(dòng)。在約60分鐘的授課中，神舟十三號(hào)飛行乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富生動(dòng)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(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)、人體運(yùn)動(dòng)、液體表面張力等神奇現(xiàn)象，并講解了實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了實(shí)時(shí)互動(dòng)交流。 [10]

授課時(shí)間

授課人

授課項(xiàng)目

海報(bào)

2021年12月9日15時(shí)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(shí)信號(hào)

2、太空細(xì)胞學(xué)研究實(shí)驗(yàn)展示

3、太空轉(zhuǎn)身

4、浮力消失實(shí)驗(yàn)

5、水膜張力實(shí)驗(yàn)

6、水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)

7、泡騰片實(shí)驗(yàn)

8、天地互動(dòng)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(hào)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(jìn)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(dòng)演示了微重力環(huán)境下太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)、液橋演示實(shí)驗(yàn)、水油分離實(shí)驗(yàn)、太空拋物實(shí)驗(yàn)，深入淺出講解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的科學(xué)原理，同時(shí)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(jìn)行了互動(dòng)交流，在傳播普及空間科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，激發(fā)了廣大青少年不斷追尋“科學(xué)夢(mèng)”、實(shí)現(xiàn)“航天夢(mèng)”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(hào)乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲

面向廣大青少年進(jìn)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(hào)乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲生動(dòng)介紹展示了空間站問天實(shí)驗(yàn)艙工作生活場景，演示了微重力環(huán)境下的毛細(xì)效應(yīng)、水球變“懶”、太空趣味飲水、會(huì)調(diào)頭的扳手等神奇實(shí)驗(yàn)，并生動(dòng)講解了實(shí)驗(yàn)背后的科學(xué)原理。此外，航天員還重點(diǎn)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(jìn)行了實(shí)時(shí)互動(dòng)交流，地面課堂專家也就有關(guān)科學(xué)問題進(jìn)行認(rèn)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(hào)乘組，航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮面向全國青少年進(jìn)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(hào)航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮生動(dòng)展示介紹了空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙工作生活場景，演示了球形火焰實(shí)驗(yàn)、奇妙“乒乓球”實(shí)驗(yàn)、動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)以及又見陀螺實(shí)驗(yàn)，并生動(dòng)講解了實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了實(shí)時(shí)互動(dòng)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(duì)宇宙空間的向往、對(duì)學(xué)習(xí)科技知識(shí)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(gè)完成太空授課的國家，此次太空授課不僅將提升全民對(duì)航天的興趣，還會(huì)從應(yīng)用上推動(dòng)天地大容量信息處理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而大數(shù)據(jù)時(shí)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(jī)。 [5]

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

太空授課，是指在太空中進(jìn)行科普教育活動(dòng)，通過天地互動(dòng)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(shí)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(gè)目標(biāo)飛行器天宮一號(hào)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(dòng)，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(tái)等部門對(duì)活動(dòng)進(jìn)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(jìn)行相關(guān)訓(xùn)練。本次活動(dòng)將在組合體運(yùn)行期間擇機(jī)進(jìn)行，具體時(shí)間將綜合考慮飛行任務(wù)安排、航天員作息情況和測(cè)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(hào)航天飛機(jī)“教師在太空”計(jì)劃，但不幸機(jī)毀人亡。此后美國頒布“普通民眾不得再參與航天飛機(jī)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(jìn)號(hào)”飛上太空，肩負(fù)著航天員、教師和“麥考利夫的繼承者”三重身份，彌補(bǔ)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(jí)學(xué)生在地面聽講。除了負(fù)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(yùn)動(dòng)、喝水等情景，成為那次任務(wù)的最大亮點(diǎn)。

網(wǎng)址: 太空授課 http://www.u1s5d6.cn/newsview944574.html