“神舟十号”飞船于本月11日成功发射入轨，并在13日成功与“天宫一号”空间站实现对接。作为此行重要人物之一，三位宇航员在今天上午10点左右协力进行了我国首次“太空课堂”教学。

整个授课过程中，宇航员们利用自己的真实体验和丰富的实验内容向国内8万多所中学的数千万名师生讲述了太空无重力环境的特点，而担任主讲的宇航员王亚平也成为中国首位“太空教师”。下面，我们就一起来通过此次课堂中五项实验来重新认识一下无重力环境下的物体运动特性。

实验一：在没有重力的环境中如何测得物体的质量？

在太空失重环境下，虽然物体失去了平常的重力表现，但其本身的质量并不会就此消失，而是测定方法发生了变化。

实验过程中，主将王亚平请出宇航员聂海胜（神舟十号指令长）作为住手，一起演示了利用固定在天宫侧壁上，拥有弹簧机构的“质量测量仪”来称体重的方法。最终结果显示，聂海胜的体重为74千克。

随后，王亚平揭秘称，太空无重力环境下测量物体质量需要用到牛顿第二定律：F(力)=m(质量)×a(加速度)。质量测量仪上的弹簧能够产生一个恒定的力F，同时用光栅测速装置测量出支架复位的速度v和时间t，计算出加速度(a=v/t)，就能够计算出物体的质量(m=F/a)。

实验视频欣赏：http://v.youku.com/v_show/id_XNTczMDU4MTg0.html

普通的弹簧称重器

无重力环境下，普通的弹簧称完全派不上用场。

弹簧称在太空和地面环境中的称重效果对比

“天宫一号”中的质量测量仪

聂海胜乘上质量测量仪

质量测量仪具备弹簧拉杆结构

利用牛顿第二定律称得聂海胜的体重为74千克。

实验二：无重力环境下的物体运动

这项实验主要是为了证明重力对于物体运动方式所产生的影响。在无重力环境下，悬挂于吊臂一段的小球并不会向在地球表面上一样呈现出钟摆运动，而当宇航员给予小球一个轻微的外力时，小球便会围绕固定点和缆绳所在平面进行长时间的圆周运动，而在地球上，小球的圆周运动则会因重力原因而快速停止。

实验视频欣赏：http://v.youku.com/v_show/id_XNTczMDU4MTg0.html

实验用的小球和吊臂

将吊臂固定在实验台上

模仿地球上进行“钟摆运动”实验

松手后，小球并未向在地球上那样做“钟摆运动”，即发生重力势能与动能的转换。

地球与太空中的实验对比

地球与太空中的实验对比

即使提升高度，小球在无重力环境下依旧未发生“钟摆运动”。

地球与太空实验对比

将小球归位

在无重力环境下，对小球施加外力便可使其围绕固定点和缆绳所在平面做长时间的圆周运动。

在无重力环境下，对小球施加外力便可使其围绕固定点和缆绳所在平面做长时间的圆周运动。

在对比中，地球上的小球因受到重力影响而迅速停止了圆周运动。

在无重力环境下，对小球施加外力便可使其围绕固定点和缆绳所在平面做长时间的圆周运动。

实验三：利用陀螺的定轴性在无重力环境下稳定姿态

众所周知，人们平常所谓的“上下左右”这样的方位概念在太空中实际上是不存在的。那么为了更好的适应太空生活，就需要人为规定出相对应的方位，比如“天宫一号”默认朝向地球的一面为“下”。

而为了确立这些方位，并保持或控制航天器的飞行姿态，就需要使用我们通常所说的“陀螺仪”来实现，这种仪器正是利用了陀螺旋转的定轴性原理。

在这项实验中，王亚平通过静止的陀螺和旋转的陀螺在无重力条件下被施加外力时所呈现出的不同表现来直观演示了什么是“定轴性”。

当无重力环境下的陀螺处于静止状态时，如果对其一端施加外力，那么它便会向施力方向做翻滚运动，而当陀螺处于旋转状态时，其在收到外力时依旧可以保持平衡向前的运动。

这就是为什么说陀螺仪是航天器“小脑”的主要原因。

实验视频欣赏：http://v.youku.com/v_show/id_XNTczMDU4NjEy.html

施加外力后会沿施力方向滚动飞行

施加外力后会沿施力方向滚动飞行

施加外力后会沿施力方向滚动飞行

施加外力后会沿施力方向滚动飞行

施加外力后会沿施力方向滚动飞行

使用拉杆来使陀螺产生旋转

使用拉杆来使陀螺产生旋转

高速旋转中的陀螺

高速旋转中的陀螺被施加外力后将沿施力方向平衡飞行

高速旋转中的陀螺被施加外力后将沿施力方向平衡飞行

未旋转的陀螺和高速旋转中的陀螺飞行姿态对比

实验四：无重环境下液体表面张力大显神威

此项实验主要是用于演示和介绍液体的表面张力，因为液体在地球上收到重力影响，因此很难维持很强的张力，而在无重力环境下宇航员却可以使用普通水和金属圈制作一个水膜。

从实验过程来看，液体的表面张力在无重力环境下显得足够“强壮”，不但可以经受住一定程度的甩动，而且还能够承受一定的物体质量。

讲师王亚平就在实验的最后把一枚中国结放置在了树立着的水膜上，这在地球表面几乎是不可能实现的。

实验视频欣赏：http://v.youku.com/v_show/id_XNTczMDYyMzMy.html

使用金属环制造一个水膜

使用金属环制造一个水膜

使用金属环制造一个水膜

使用金属环制造一个水膜

无重力环境下所制作出的水膜拥有一定厚度

无重力环境下所制作出的水膜拥有一定厚度，并能够耐受一定程度的甩动。

水膜中的水脱离之后，便形成了小水球。

水膜中的水脱离之后，便形成了小水球。

无重力环境下的水膜即使在书里状态下，也可以承受一定的物体质量。

放置在水膜表面的中国结

放置在水膜表面的中国结

实验五：利用表面张力在无重力环境中制作水球

在实验四中我们获知液体的表面张力能够在无重力环境中充分发挥自己的威力，那么在这个实验中，王亚平就利用同样的原理制作了一个水球。

可以看出，水球虽然体积很大，但由于张力缘故而并未脱离金属环，同时被注入水球的气泡彼此之间也由于张力原因而无法像地球上那样迅速融合在一起。

但是，当宇航员在向水球中注入有色液体时，有色液体可以在水球中得到迅速的扩散。

实验视频欣赏：http://v.youku.com/v_show/id_XNTczMDY0MjAw.html

向水膜中持续注水，使其逐渐变成一个大水球。

向水膜中持续注水，使其逐渐变成一个大水球。

向水膜中持续注水，使其逐渐变成一个大水球。

向水膜中持续注水，使其逐渐变成一个大水球。

向水膜中持续注水，使其逐渐变成一个大水球。

使用注射器吸出水球中的气泡。

使用注射器吸出水球中的气泡。

最终制作完成的水球

最终制作完成的水球

向水球中注入气体，使之内部产生气泡。

向水球中注入气体，使之内部产生气泡。两个气泡彼此之间无法融合

向水球内注射红色液体

向水球内注射红色液体，有色液体在水球内迅速扩散开来。

向水球内注射红色液体，有色液体在水球内迅速扩散开来。

向水球内注射红色液体，有色液体在水球内迅速扩散开来。

使用吸水纸将水球回收，以免对“天宫一号”内部的仪器造成损坏。