时间：2023-05-29 18:02:57
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇天宫授课直播，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
2013年6月20日10：04—10：54，在距离地面343 km的天宫1号，中国神舟10号飞船的3名航天员王亚平、聂海胜、张晓光为全国青少年上了一堂精彩的“太空一课”。这堂课由王亚平主讲，其他2名航天员担任助教和摄像。活动过程中，王老师开展了质量测量、单摆运动、陀螺、水膜和水球5项实验，展示了失重环境下物体运动、液体表面张力特性等物理现象，使中小学生了解失重条件下物体运动的特点，了解液体表面张力的作用，加深了对质量、重量及牛顿定律等基本物理概念的理解。300名中小学生与中学物理教师在地面课堂听讲，并与航天员进行了互动交流。从首都北京到祖国的四面八方，8万多所中学、数千万名师生通过广播、电视和网络直播，共同收听、收看航天员太空授课，一同领略奇妙的太空世界。
实验1：质量测量演示
“失重了，我们的身体质量是不是也没有了？”
失重环境下怎样测量质量呢？航天员用天宫1号上的质量测量仪现身说法。他们从天宫1号的舱壁上打开一个支架形状的装置，航天员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。装置上的LED屏显示出数字：74.0，这表示聂海胜的实测质量是74 kg。王亚平向同学们解释了实验原理后，还给同学们布置了1道课后思考题：除了运用牛顿第二定律，还有什么办法可以在失重环境下测量物体的质量？
实验2：单摆运动演示
“太空中的单摆小球松手后会出现怎样的情况呢？”
T型支架上，用细绳拴着1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，小球并没有出现在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，给小球一个初始速度，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。
实验4：水膜演示
“天宫里有没有飞流直下的瀑布？”
王亚平拿起1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1颗晶莹剔透的水珠，略微抖动水袋，水珠便悬浮在半空中，与天宫1号舱壁上鲜艳的五星红旗交相辉映，更显得美轮美奂。接着，她把1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1个漂亮的水膜。轻轻晃动金属圈，水膜也不会破裂，用力稍大才甩出1个小水滴。随后，王亚平又往水膜表面贴上了1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。
实验5：水球演示
“用神奇的液体表面张力变个‘魔法’！”
王亚平用金属圈重新做了1个水膜，然后用饮水袋慢慢地向水膜上注水，不一会儿，水膜就变成了1个亮晶晶的大水球，水球中还有一串珍珠般的小气泡，仿佛银河系中的繁星点点。王亚平用注射器向水球内注入空气，在水球内产生了2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。水球也没有爆裂。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粉红色，令人啧啧称奇。
宇宙无限，探索无尽，不知不觉中，航天员们要和地面课堂的同学们说再见了。他们每人都为同学们送来了太空寄语——
聂海胜说：“愿同学们刻苦学习，增长知识，为‘中国梦’添彩！”
张晓光说：“深邃太空，奥秘无穷，探索无止境，让我们共同努力！”
王亚平说：“飞天梦永不失重，科学梦张力无限！”
？太空授课活动的策划与设计
电视和网络是目前最有影响力的传播媒体。中央电视台作为中国国家级电视台，是中国受众最多、影响力最大的电视媒体。中央电视台从授课活动策划开始就高度关注、主动参与，并结合电视传播的特点对授课的内容和形式提出了很多建议。在活动开始之前，进行了多角度的宣传，吸引观众的注意。授课活动中进行了同步直播，并组织了多个专题节目，邀请著名科学家对此次活动的内容进行全方位地详细解读和阐释，进一步拓展了授课活动的影响。中国众多网络媒体在互联网上对活动的全过程进行了视频直播，全世界的观众都可以通过网络看到授课活动。网络传播使得授课活动的覆盖面进一步扩大，并得以持续和多次传播，使得很多没有及时观看电视直播的观众得以通过网络观看活动的视频。此外，很多报纸、期刊也对授课活动进行了及时且翔实的报道。
为吸引青少年关注此次太空授课活动，今年3—5月，中国科协在全国范围内举办了“全国青少年航天科技知识竞赛”。竞赛组织专家围绕太空基本知识设计了竞赛题目。全国30多个省区2 000余所学校的30余万名青少年积极参与。中国载人航天工程网在授课活动前也举办了“我问航天员——太空授课大型问题征集”活动，收集中小学生对载人航天科技、航天飞行、空间科学及航天员太空工作、生活等领域的提问，征集到数千个相关问题。这些活动的开展为授课活动进行了预热，激发了很多孩子对太空授课活动的好奇心，为授课活动作了知识上和心理上的铺垫。
这次太空授课是一次成功的科学传播活动案例。成功之处体现在：一是参与人数多。中国有6 000万名中小学生及公众通过电视和互联网直播收看了授课活动，总共约有1亿中国人观看了这次授课活动。中国以外的中小学生和公众也都可以通过互联网观看此次授课活动的视频。二是效果好。授课内容形式生动有趣，给公众留下了深刻的印象。航天员在太空中演示的5个实验现象是地面上无法实现的，展示了太空失重环境下的有趣现象，王老师的讲解轻松活泼，大大激发了中小学生和公众的好奇心和求知欲，激发了青少年热爱太空、探索太空的热情。
[图1]
为了帮助同学们更好地理解本次太空授课中五个物理实验的原理，本文结合中学物理知识，分别就实验的装置、现象、原理、拓展及应用等进行解析.
1.质量测量
回放 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. 这一幕在告诉我们，这里是天宫一号，处于失重环境条件下. 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. 但两个弹簧平衡在同一位置，这说明在失重环境中无法用弹簧秤来测量出物体的质量（注：准确的是在失重环境中无法用弹簧秤来测量出物体的重力）. 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（如图2所示），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：74kg. [图2]
原理 天宫中的“质量测量仪”原理是牛顿第二定律：物体受到的力等于它的质量与加速度的乘积，即[F=ma]. 实验中设计了用传感器获得物体运动到某位置的加速度和该位置弹簧上的弹力大小，通过DIS系统由牛顿第二定律就可以算出身体的质量，并将结果在LED屏显示出来. 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，这一定律在太空和地面都是成立的.
应用 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.
拓展 天宫一号在绕地球做圆周运动，其内物体所受到的地球的万有引力（即此处物体的重力）用于物体随天宫一号绕地球圆周运动所需的向心力，虽然此时物体的重力并不为零，但物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力均为零，因此物体处于完全失重状态，这时与重力有关的一些物理现象均会消失. 如在此环境下不能用天平测物理质量，不能用水银气压计测飞船内气体压强，溶液不会分层等.
例1 从事太空研究的宇航员需长时间在太空的微重力条件下工作、生活，这对适应了地球表面生活的人，将产生很多不良影响，例如容易患骨质疏松等疾病. 因此宇航员在天宫一号内应积极进行体育锻炼. 下列器材适合宇航员锻炼的器材是（ ）
A.哑铃 B.弹簧拉力器
C.单杠 D.跑步机
解析 由于天宫一号在绕地球做圆周运动，处于完全失重状态，这时与重力有关的一些物理现象均会消失. 本题正确选项为B.
2. 单摆运动
回放 在T形支架上用细绳拴着一颗小钢球. 这是单摆实验装置. 王亚平把小球拉升到一定高度后轻轻放手，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.
原理 这是太空中的失重现象导致的. 在地面上，一旦松手，在重力的作用下，小球会被细绳牵着来回摆动. 但在太空中与重力有关的现象会消失，小球只会在原地悬浮. 如图3所示，设小球质量为[m]，细线长即小球圆周运动的半径为[R]. 在地面上，小球在圆的最高点受重力[mg]与细线拉力[T]，小球速度大小为[v]，有[mg+T=mv2R]，且[T≥0]，则[v≥Rg.]
[图3]
在圆的最低点给小球的初速大小为[v0]，由机械能守恒定律，有[12mv2+mg2R=12mv20]，可得[v0≥5Rg]，即在最低点需要给小球足够大的初速度，才能使小球克服地球重力的影响，实现在竖直平面内的圆周运动. 但在太空中的失重环境下，只需轻轻推小球一下，即给小球一个大小不等于零的初速度，小球就会在细绳的拉力提供向心力的条件下在竖直平面内做圆周运动.
应用 在地面上能正常使用的摆钟，其原理利用了单摆的等时性. 但在太空失重的环境下摆钟不能像单摆一样地正常来回摆动，因此在太空中不能使用摆钟计时.
拓展 当运动的物体存在竖直向下的加速度，且加速度大小等于重力加速度大小[g]时，物体也处于完全失重状态.
例2 如图4所示，在一只木箱的顶板上用细线悬挂一个摆球，当木箱静止时摆球做单摆运动. 在摆球做单摆运动的同时突然将木箱向右上方斜抛出去，不考虑空气阻力，则以下说法可能的是（ ）
图4
A.在木箱向上运动的过程中，摆球相对木箱仍是单摆运动
B.在木箱向上运动的过程中，摆球相对木箱是静止的
C.在木箱向下运动的过程中，摆球相对木箱做匀速圆周运动
D.在木箱向下运动的过程中，摆球相对木箱是静止的
解析 不考虑空气阻力时，木箱做斜抛运动，无论木箱是向上运动还是向下运动，都存在竖直向下的加速度[g]，木箱及内物体均处于完全失重状态. 当摆球摆到最高点时（此时摆球速度为零）让木箱做斜抛运动，则摆球相对木箱是静止的，选项B、D正确；当摆球不是在最高点时（此时摆球速度不为零）让木箱做斜抛运动，则摆球相对木箱做匀速圆周运动，选项C正确；故本题正确选项为B、C、D.
3. 陀螺运动
回放 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.
原理 转动的陀螺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. 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，不能很好地保持旋转方向.
应用 高速旋转陀螺的定轴特性在航天领域用途广泛. 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. 当然陀螺仪还有很多应用，比如利用陀螺仪的“定轴性”，可以用来测量运动物体的姿态、稳定运动物体的运动方向，测量其方位等. 因此在姿态仪表、航向仪表、导航系统、飞行控制系统中都有三自由度陀螺. 它广泛地应用于航空、航天、航海等领域. 陀螺仪器还能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准. 有些小轿车上就安装了测量车身纵向和横向摆动的陀螺传感器，可以实现对车身稳定度的控制.
拓展 自转（Rotation）是物体绕自身轴转动的现象，当自转物体的自转轴又绕着另一轴旋转的现象称为进动（Precession），又称为旋进. 进动的产生是由于转动物体受到垂直于其动量矩的外力矩作用. 常见的例子是陀螺. 进动是宇宙中天体物质或微观粒子绕某一中心公转运动而表现出来的结果，太阳系绕银河系中心运动，所以太阳相对银河系中心有进动；太阳系星系绕太阳运动，所以行星相对太阳有进动；卫星绕行星运动，所以卫星相对行星有进动；如水星的轨道偏离正圆程度很大，近日点距太阳仅四千六百万千米，远日点却有7千万千米，在轨道的近日点它以十分缓慢的速度按岁差围绕太阳向前运行，称为水星进动. 地球自转的进动引起岁差. 同样，微观粒子世界的电子绕电子核运动，同样有进动. 原子磁矩绕外磁场方向的转动称为原子进动.
[图5]
进动可使物体保持其状态的稳定性. 如自行车在不运动时很难保持其稳定的竖直状态，但在运动时由于车轮的旋转产生一种进动，则容易保持其稳定的竖直状态.
例3 如图5所示，芭蕾舞蹈演员在旋转时，除脚尖着地外，两手总是靠近身体. 这么做是为了 .
解析 减小阻力矩. 演员要保持较长时间的旋转，应满足其角动量守恒，即要求合力矩为零. 脚尖着地是为了减小来自地面的阻力矩；两手靠近身体是为了减小来自空气的阻力矩.
4. 制作水膜、水球
回放 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. 此时她深有感触地笑着说：如果诗仙李白在天宫里生活，大概就写不出“飞流直下三千尺”的名句了. 接着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. 最后她向水球内注入一种红色液体，红色慢慢扩散开来，把水球变成了一枚美丽的“红灯笼”（如图6所示）.
[图6]
原理 这两个实验均展示了液体表面张力的作用. 液体的表面张力由液体内分子的吸引力产生的. 液体表面分子有被拉入内部的趋势，导致表面就像一张绷紧的橡皮膜，这种促使液体表面收缩的绷紧的力，就是液体的表面张力. 在表面张力的作用下，液体有收缩到表面积最小的趋势. 数学上可以证明：在体积一定时，球形物体的表面积最小. 因此我们看到了一个晶莹剔透的小球. 在水球内再注入一种红色液体，由于分子的扩散作用，原来透明的水球最终变成了一个红色的球.
应用 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.
拓展 表面张力现象在日常生活中非常普遍，比如草叶上的露珠、空气中吹出的肥皂泡等. 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，表面张力不仅大显身手，还决定了液体表面的形状.
例4 已知肥皂泡膜内外气体压强差为[ΔP=4αR]，其中[α]为液体表面张力系数，[R]为膜的曲率半径. 如图7所示，当用一导管连接一大一小的两肥皂泡时，看到的现象是什么？
[图7]
解析 由于肥皂泡膜内外气体压强差为[ΔP=4αR]，液体表面张力系数[α]只与液体有关. 在外部气压相同的情况下，曲率半径[R]较大的肥皂泡膜内气体压强较小，曲率半径[R]较小的肥皂泡膜内气体压强较大；当用一导管连接一大一小的两肥皂泡时，小泡内气体就会沿导管流向大泡内，这样使得大泡曲率半径进一步变大，内气压就进一步减小. 当小泡减小到以导管横截面为直径的半球后，再进一步减小时其曲率半径反而会增大. 因此最终当小泡与大泡的曲率半径相等时，内部气压相等达到平衡（如图8所示）.
图8
太空寄语 当奇妙的太空实验结束后，航天员开始回答同学们提出的五花八门的问题：天宫中的水从何而来？能否看到太空垃圾？天宫一号是否有应对太空垃圾的防护措施？在太空中采取哪些措施对抗失重对人体的不利影响？在天上看到的窗外景色与地面有什么不同？星星会闪烁吗？能看到UFO吗？…… 三位航天员对同学们提出的问题一一做出了解答. 最后航天员们在距地面340km的天宫一号内，为同学们送来了太空寄语——
聂海胜说：“愿同学们刻苦学习，增长知识，为中国梦添彩！”
教育之爱生，必为之计长远
2013年6月20日上午10点，“神舟十号”的航天员们在天宫一号内进行了中国历史上的首次太空授课。此次授课由女航天员王亚平作主要讲解，聂海胜辅助授课。
当日，苏州市平直实验小学的全体师生观看了从“最高讲台”带来的实况直播授课。这是一堂有趣的太空微重力环境下的科学实验课，在太空失重的情况下，宇航员们开展了基础的物理实验，展示失重环境下物体运动特性、液体表面张力特性等物理现象。观看的过程中，每一个孩子都全身心地投入了其中，没有开一点儿小差。一名同学在聆听完太空授课后兴奋地表示：“虽然我们没有办法和航天员直接进行互动，但是通过这节课，知道了许多太空知识。”虽然这次太空授课的时间有限，却拉近了孩子们与外太空之间的距离。
一些教师认为，对于小学生来讲，这些物理现象是新奇的，这些物理知识是新鲜的，他们目前的知识水平还不足以理解其中的奥秘。况且临近期末，大伙应将更多的时间置于复习迎考，怎么还能在这些超越孩子认知、分散孩子注意的活动中“浪费时间”呢？压力当前，大伙的心是沉重的，然而，梦想是可以播种的，希望是可以接力的。虽然这堂物理课、天文课，离小学生还有些远，但飞向天空、探索科学却能为当代儿童在迷茫的求知生活中树立一个目标，且这个目标已有前人的铺垫，站在一个个航天巨人的肩膀上圆梦，不再遥远。
带着这样的理念，承载如此的期望，老师们在忐忑中打开了电视，参与了此次全国青少年共同分享的“太空课程”的实况授课，孩子的表现让老师们惊讶了，期末的临时决定，收获了非同寻常的效果。牺牲一点“眼前的利益”，教师从实际中得到的是孩子们“长远的发展”。
教育教学非一蹴而就，学生知识的积累不是揠苗助长式的强加灌输。真正的学校教育需要帮助孩子寻找一个获得知识的契机――兴趣点。
社会大课堂的作用
“苏州素有‘东方威尼斯’的美誉，可如今水质正遭受污染，我们应该通过自己的实际行动，保护苏州河。”这句话出自笔者所在学校一群小学生撰写的调研报告中。2013年寒假后开学伊始，五、六年级孩子上交的寒假作业显得有些与众不同，洋洋洒洒7000字的调查性报告详尽地阐述了他们寒假里的工作――勘察苏州水质情况。拿着这份报告，大队长小陈同学显得无比自豪：“通过自己深入实践和调查总结，收获了很多，所以这份报告比任何寒假作业都要有分量！”
时间倒退到一个月前，在上个学期快要结束时，小陈同学在学校里张贴出一份倡议书，才有了这次调查苏州河水污染的行动。“走在我家旁边的小河时我突然发现，原来还清澈的河流不知从何时起变得黑漆漆的，走近还能闻到阵阵恶臭。”小陈回忆着说道，“前一阵子小河整治，工人把河水抽干，结果从河底挖出了一大堆淤泥。真是不看不知道，一看吓一跳！如果再这样下去，苏州就要变成‘黑水之乡’了。如今各种污染情况越来越多，被污染物也各种各样，有空气、土壤、水等。我们一定要为苏州河做点自己力所能及的事情。不如就来调查一下水的污染情况，看看水的‘健康程度’，也让同学们认识污染，认识水污染，让大家行动起来，保护水资源。”
倡议一发出，立刻引来不少学生的积极响应。第二天，就已经有50多个同学报名。小陈把报名学生分成了9个小分队，包括抽水样、实验、记录、查阅资料等，每个小队都分工明确。在短短20多天的时间里，孩子们不仅实地调研了护城河、养蚕里新村、木杏新村、杨枝新村附近的河流，还把自己的这次经历和调研结果整理成7000字的报告，尽管还有些稚嫩，但过程中的每一个实验，各条河流污染的情况和如何保护水资源，都描述得很详尽。
关于这个报告，大家都还有说不完的话，写不完的总结。拿着这份沉甸甸的作业，老师们心里清楚――它融入的是孩子们亲自实践后的体会和感悟。
学习是一个积极主动的过程
得知平直实小学生有这样的调研，苏州市环境保护局宣传教育中心的周老师也很感兴趣，双方通过电话连线，再一次深入探讨了关于水的问题。电话中，他对学生们的调查方法和总结赞叹不已。周老师还进行了讲解，护城河具有流动性，所以护城河河水的自净能力较城区里部分小河道要强，另外城区河流沿线基本都是居民生活区，以老新村为主，有些沿河居民将洗衣机放在阳台上直接通过雨水管排放生活污水，还有生活垃圾的倾倒，加上一些小摊贩将污水污物直接倾倒在河里等许许多多的原因，造成城区一些河道底下的淤泥很严重，这就是同学们通过沉淀观察的方式得出的结论。而水中的鱼儿能吃食腐烂物、净化水质的结论也是正确的，从保护河流区域生态环境的角度上说，当然还是希望朋友们能够减少垂钓，保护环境。一时间，孩子们关于水资源保护的调查引起了不少师生的兴趣。
3月6日午休时间，苏州河道管理处的水利工程师姜伟专程来到了苏州平直实验小学，与小学生们一同就“姑苏水文化”这一课题开展进一步的调查研究以及论证。姜伟带着学生们来到离学校不远处的薛家河，告诉孩子们苏州的每条河都有名字，希望孩子们与河水做好朋友，好好保护苏州水。在现场，姜伟告诉孩子们河水清淤的方法，孩子们则提出了保护苏州河水的若干建议。大伙表示，准备向附近的居民发放倡议书，建议不要将洗衣水倒入河水中等。
学生们通过亲身的实践，在这个水质勘察的过程中收获了很多，学习不再被动、不再辛苦，而成为了一个积极主动的过程。与任何一个寒假作业都不同，调查能够锻炼孩子的实践和创新能力，让孩子在社会的大课堂中，有兴趣、有目的、有指导、有感悟、自觉地学习成长，这才是教育的真正目的。
结束语
对于一些孩子而言，教材所涵盖的知识不足以满足他们对知识的日益渴望。在假期里，撇去单一而乏味的抄写作业，让孩子们围绕一个自然现象或社会现象，深入其中，在寻找解决问题的方法的过程中，学会独立、自主、合作、创新。当然，这些素质是书本难以养成的，恰恰是社会的大熔炉，给了他们契机、压力与帮助，因此，教育需要适当放手。