老师在距离学生300公里的太空中，全国8万余所中学6000余万名师生通过电视直播同步收看。昨天上午，神舟十号女航天员王亚平，在天宫一号目标飞行器里成功进行我国首次太空授课，通过五个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。
“实验太有趣了。”人大附中高一学生王义铎说，“物理原理我们都学过，但太抽象了，只能死记硬背。今天看了亚平老师的演示，可能一辈子也忘不了。”
实验过程：王亚平首先展示两个完全一样的弹簧，它们分别挂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的“质量测量仪”。另一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。
专家解读：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。平时称量体重，测得的重量并不是质量。在太空，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(不同质量读数一样)。
王亚平操作的仪器测得的是聂海胜撞向一个平面时的速度，仪器又记录下了所用的时间t，因此仪器根据V＝at(聂海胜撞击速度V=加速度a×时间t)计算出了聂海胜的加速度，再根据已知的太空秤的弹簧回复力F，根据牛顿第二定律F＝ma(物体受到的力F等于它的质量m×加速度a)，最终可以精确计算出聂海胜的质量。
这个实验说明了牛顿第二定律在一切惯性空间内普遍适用，在太空和地面都是成立的。这个定律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。
实验一：质量测量——牛顿第二定律
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(钟摆)，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：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。
失重虽然给飞行生活带来有趣的体验，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。
王亚平说，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。
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。
高速旋转的陀螺在太空受到外界其他力的干扰几乎为零，因此在初始状态下，陀螺可以始终指向指定的方向，起到导航作用。很多通信卫星，为保证天线对准地面，就通过陀螺高速自转达到稳定。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。
实验四、五：制作水膜、水球——液体表面张力
实验过程：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，王亚平注入红色液体，红色慢慢扩散开来，把水球变成了一个美丽的“红灯笼”。
专家解读：这两个实验均展示了液体表面张力的作用。受到内部分子的吸引，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，就是表面张力。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。
太空中的液体处于失重状态，表面张力大显身手。水膜实验中，表面张力使水膜像橡皮膜一样搭在金属环里，向水膜上不断注入水时，这些水就能够均匀分布在水膜周围，逐渐形成水球(由于张力，水的表面积有很多能量，在体积一定的情况下，会尽量使表面积最小，而球面的表面积最小)。
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，推动液体推进剂流动。
地球上，水在不同的深度，物体受到的压力不同，气泡受到的压力上小下大，因而自然向上。太空中的气泡在水中受力是均匀的，除非有外力干扰，气泡会安静地呆在水球中。
王亚平注入红色液体时，因为没有重力，所以染料没有固定去向，从而向四面八方均匀扩散。这说明，在太空中进行材料融合实验，得到的合成材料的分子、原子分布均匀度高于在地球上，这样就能为人类制造出更多高品质合成材料。本报综合报道
