天宫课堂
2013年，王亚平在神舟十号上的那次太空授课，在广大青少年的心中埋下了科学的种子。时隔8年，2021年12月9日，太空授课的教室被搬上了天宫空间站，神舟十三号乘组的王亚平、翟志刚、叶光富在离地面约400千米的天宫空间站，为青少年带来了一堂精彩的太空科学课。这是天宫空间站的首次太空授课活动。3名航天员共展示了太空细胞学研究实验、太空转身、浮力消失实验、水膜张力实验、水球光学实验、泡腾片实验等6个太空科学实验。
小航和甜甜提前守在电视机前，甜甜兴奋地说道：“在空间站向青少年征集太空授课问题期间，我还给王亚平阿姨写信了，在信中，我问了两个问题。不知道她收到了没有。”
“姐姐，你问了什么问题呀？”小航问。
“一个问题是，刚出生的小动物可以在太空学会走路吗？另一个问题是，我们的空间站还会做哪些动物实验？”甜甜说。
15时40分，一个陀螺旋转着出现在电视画面中，王亚平的声音响起：“太空探索永无止境，随着不断旋转的陀螺，我们已经从神舟十号任务进入了空间站时代。欢迎来到‘天宫课堂’！”王亚平出现在画面中，风趣地介绍身边“感觉良好”乘组的另外2名成员——指令长翟志刚和航天员叶光富。
王亚平首先演示了如何使用太空跑步机和太空自行车。
和在地面上相比，太空跑步机增加了重力模拟装置，能有效刺激骨骼重建。王亚平演示跑步机的时候说：“为了能够在失重环境下使用太空跑步机，我们需要一个束缚装置来固定自己。同时为了减少跑步对舱体的冲击，我们还专门设计了缓震系统。”
太空自行车也有新的打开方式，王亚平在失重条件下轻松地倒立过来，用双手摇自行车的脚蹬，她告诉大家：“自行车不仅能够锻炼我们的下肢，还能锻炼我们的上肢。”
为了展示如何对抗太空失重，叶光富当起了模特。翟志刚告诉大家，为了预防失重导致航天员的肌肉萎缩，在空间站里，除了有跑台、自行车、拉力器以外，还有一件秘密武器，就是企鹅服。
“哇，原来企鹅服是对抗失重的秘密武器啊。”小航说。
翟志刚打开叶光富企鹅服的胸部、背部、大腿前侧和后侧等部位的拉带，大家看到那些位置都有调节环，可以调节松紧。翟志刚介绍说：“通过这些拉带把人体给束缚紧，使肌肉可以长时间保持一定的张力，就可以有效地预防失重导致的肌肉萎缩。”
“小小的服装背后，凝聚的是航天科技专家的奇思妙想啊。”王亚平深情地说。
这次天宫课堂，不仅地面上的孩子们可以看到宽敞明亮的“太空教室”，风趣幽默的“太空老师”，3名航天员也可以通过空间站内的液晶屏幕，看到地面课堂的孩子们，及时进行天地互动。
“在太空能跟在地面一样正常行走吗？”一个地面教室的学生问。
叶光富立刻像在地面走路一样踩了几下，却飘了起来，孩子们发出一阵开心的笑声。
王亚平解释道，在太空没有重力，无法像在地面一样正常行走。
之后，王亚平请叶光富示范太空转身，因为不光在太空走路和在地面不一样，在太空转身也和地面不同。
让同学们大开眼界的是，这个在地面上难度系数为零的转身动作，在太空中却十分困难。只见叶光富飘在空中，尝试悬空转身，上半身向左旋转的时候，下半身就会朝右旋转，上半身向右旋转，下半身就会朝左旋转，上下总是拧巴着的。后来他又试着使用游泳和吹气的方式转身，都没有成功。再后来，叶光富举起右胳膊，在空中画圈，随着圈越画越快，终于转身成功了！而当他将手臂伸开时，旋转速度会变慢，手臂收回到胸前后旋转速度又变得快起来。
“帮助叶老师完成转身的这个动作和角动量有关。”王亚平解释。
“姐姐，什么是角动量？”小航看着电视不解地问。
“角动量是描述物体转动的物理量。在太空微重力的环境中，航天员在不接触空间站物体的情况下，没有外力矩，物体会处于角动量守恒的状态中。在叶叔叔右手不断画圈的时候，会产生一个旋转的角动量，导致身体向反方向旋转。当他的手臂停止画圈后，角动量消失，身体的旋转也会停止。你明白了吗？”甜甜边认真地看电视边说。
太空转身实验
太空老师王亚平接下来做浮力消失实验。她把乒乓球放在水杯里，球却没有浮上来。
“这是因为失重环境下浮力几乎消失。”甜甜解释说。
“姐姐，这个我知道，一旦重力消失，浮力也就没了。”小航说。
“是的，这项实验所展现的是浮力和重力伴生的现象。我们在地球上是看不到浮力消失的，而在空间站的微重力环境下，浮力和重力之间的伴生关系就能清楚地展现。”甜甜说。
乒乓球实验
水膜张力实验
让姐弟俩印象深刻的还有太空水球光学实验，王亚平往水球中打入一个气泡，因为在太空中没有浮力，小气泡并没有向上飘，而是乖乖地待在水球中。水球上形成一大一小、一正一反的双重人像。
“姐姐，这是为什么呀？为什么小气泡中的人像是正的，外圈大水球的人像却是反着的呢？”小航问。
“被注入气泡的水球变成了两个透镜。外圈大水球就是一个凸透镜，王亚平阿姨站在这个凸透镜的两倍焦距以外，通过水球就能形成一个倒立的、缩小的实像；内圈的小气泡就像两个凹透镜，光线通过它们后就形成了一个正立、缩小的虚像。因此可以在水球中同时看到一正一反的两个像。”甜甜说。
水球光学实验
课程接近尾声的时候，航天员还让地面课堂的同学们自由发问。有的同学问：“空间站里氧气与二氧化碳是如何进行循环的？”有的问：“在太空中看到的画面是否与地球一样？星星还会眨眼吗？”……3名航天员都一一做了回答。
从太空飞船到空间站，从2013年的太空授课到2021年的天宫课堂，这不仅是太空知识普及，更是中国航天自信和实力的展示。
2022年3月23日，“天宫课堂”再度开课。3名“太空教师”演示了太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验和太空抛物实验等。
我们都知道，油比水轻，油会飘在水上。就像我们平时喝汤的时候，总能看到油浮在表面一样。而在太空，水油混合后，又会怎样呢？水油分离实验为同学们揭开了答案。王亚平与地面课堂的同学同时摇晃起装有水油液体的小瓶。当静置片刻后，地面课桌上的水油液体很快就在重力作用下分层，油在上面，水在下面。可在太空，王亚平做实验用的水油混合液却一直没有分开。
在空间站里，水和油并没有自然分层在地面上，水和油分成了两层
原来，空间站上水和油“难舍难分”，长时间保持混合态，这种现象是由于在微重力环境下浮力消失了，密度分层也就消失了。
王亚平问同学们，在太空中，需要怎么做，才能让水油分离？
有同学提出，由于水比油密度大，如果将小瓶子甩起来，水就会沉到瓶底，就能实现水油分离。
于是，叶光富来当助教，只见他抓着系在瓶上的细绳甩动瓶子。数圈后，水油果然分离了，油在上层，水在下层。
通过这个实验，同学们明白了利用水和油的密度不同，使用旋转的方式甩小瓶子，就相当于启动了“人工离心机”，可以理解为离心作用使得浮力重新出现了，借助离心作用，可以使水和油分离。
这次“天宫课堂”还请来了一个神秘嘉宾：北京冬奥会吉祥物冰墩墩！
通过甩油瓶分离水和油
水和油在离心力的作用下实现分层
“如果在地面，我把冰墩墩抛出之后，它会下坠。但是在太空中，如果我把它抛出，会是什么现象呢？”只见王亚平轻轻一抛，冰墩墩并没有下坠落地，而是沿着抛出的方向匀速前进，飞到叶光富的面前。叶光富接住、轻抛，冰墩墩又匀速回到王亚平手中。
太空抛物实验展示了牛顿第一定律所描述的现象。牛顿第一定律，又叫惯性定律，即任何物体都保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。在空间站中，冰墩墩摆件被抛出后几乎不受外力影响，保持近似匀速直线运动。物体运动的理想状态，在太空中被完美演绎了出来。
太空抛物实验
在天地互动环节中，王亚平首先回答了一些网友的提问。有一个网友提问：“在空间站里流眼泪是怎么样的？”王亚平回答：“这个网友的问题非常有趣，其实在空间站里飞行了这么久，我们也经历过许多心情激动，乃至热泪盈眶的时刻，但是这个时候眼泪无法像在地面一样自然地流下来，而是在眼眶中打转，或者是停在眼角。所以，在地面上强忍眼泪、故作坚强也许很难，但是在太空中，我们就很容易做到。”接着，地面上收看直播的同学也问了航天员一些有趣的问题。比如：在太空里看到的月亮和在地球上有什么不同？在空间站里能把水烧开吗？空间站在太空飞行会受到阻力吗？3名航天员都认真地做了解答。
“天宫课堂”作为我国首个太空科普教育品牌，由中国航天员担任“太空教师”，以青少年为主要授课对象，采取天地互动方式开展。让同学们从一次次天地差异的实验中，体验探索的乐趣，增长航天知识。