太空的房子公開課（太空教室裡的魔法課）

2023-04-12 07:54:23

雲英實驗學校的同學們觀看「天宮課堂」。

溫熱的「冰球」

「拉不斷」的液橋

「分不開」的水和油

翻跟頭的「冰墩墩」 圖/視頻截圖

「天宮課堂」第二課昨日開講，神舟十三號飛行乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站再次帶來一堂精彩的太空科普課。在約45分鐘的授課中，他們相互配合，生動演示了微重力環境下太空「冰雪」實驗、液橋演示實驗、水油分離實驗、太空拋物實驗。

據了解，授課期間，航天員通過視頻通話形式與地面課堂師生進行了互動交流。而在廣州，也有不少同學觀看了「天宮課堂」第二課，一位高中同學表示，希望以後有機會在航空領域進行深造學習，為我國航空航天事業貢獻力量。

文/廣州日報全媒體記者劉曉星、謝澤楷、林欣潼 通訊員張派豪、康智豪、楊冠楠（除署名外） 圖/受訪者提供（除署名外）

太空授課

「太空教師」敲黑板

「天地互動」長知識

「天宮課堂」第二課23日開講，「太空教師」翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站再次為廣大青少年帶來一堂精彩的太空科普課。

據中國載人航天工程辦公室介紹，在約45分鐘的授課中，神舟十三號飛行乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富相互配合，生動演示了微重力環境下太空「冰雪」實驗、液橋演示實驗、水油分離實驗、太空拋物實驗，講解了實驗現象背後的科學原理，展示了部分空間科學設施，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行了互動交流。

這次太空授課活動在中國科技館設地面主課堂，在西藏拉薩、新疆烏魯木齊設2個地面分課堂。

後續，「天宮課堂」將持續開展太空授課活動，進行形式多樣、內容豐富的航天科普教育。

（據新華社電）

學生反饋

希望有機會深造學習

為航天事業貢獻力量

在廣東華僑中學，高一高二共有1150名同學觀看了「天宮課堂」。空天智能班和理科創新班的同學們則在學校的工程技術實驗室集體觀看並討論。伴隨著各種有趣神奇的實驗，現場不時響起驚呼。不少同學表示，這些實驗讓他們對所學的物理知識有了更直觀和深入的理解。

高一（6）班的高嘉蔚印象最深的是太空拋物實驗。「在地球上水平拋出的物體在重力作用下做平拋運動，形成拋物線，而在太空中，在幾乎可以忽略的重力環境下，物體朝著被拋出去的方向，做近似勻速直線運動。這使我很好地理解了在無重力下物體將做何種運動，以及在重力環境下艱難實現的勻變速直線運動的情景。」他說。同班同學葉沛欣最難忘的則是水油分離實驗。「我們班同學看這個實驗的時候最激動，很有意思。微重力環境下的特殊現象讓我對科學有了更加濃厚的興趣。物理是我最感興趣的學科，如果未來有機會，我也很希望能在航空領域進行深造學習，為我國航空航天事業貢獻力量。」葉沛欣說。

「好想體驗一下沒有重力的感覺！」「水變成了橋！」昨日下午，在廣州市越秀區鐵一小學，全體師生共同收看了「天宮課堂」直播。三尺講臺從學校轉移到了無垠的太空，教室內不時響起驚呼與掌聲，孩子們聚精會神，觀察太空生活與地球生活的差異，感受宇宙的浪漫與神奇。

越秀區鐵一小學科學老師謝進介紹，該校有無線電、航空航模等方面的科技隊，孩子們在科技隊的活動中，會學習用無線電進行溝通交流，拼裝飛機、飛船等模型，感受科學的魅力。

而在廣州市黃埔區會元學校，同學們興趣高漲，對空間科學知識充滿濃厚興趣，很多學生觀看後意猶未盡。據介紹，為進一步激發學生不斷追尋「科學夢」、實現「航天夢」的熱情，結合學校科技節和書香節活動，會元學校各學科將利用天宮課堂素材，做好一系列教學滲透活動。如物理學科將利用家用素材自製「天宮」小實驗；語文學科撰寫新聞稿、模擬小記者做新聞採訪；政治學科進行愛國主義教育，製作給航天員英雄的留言樹等。

實驗揭秘

溫熱的「冰球」

現象與回顧

這一幕仿佛發生在「魔法世界」：透明的液球飄在半空中，王亞平用一根小棍點在液球上，球體瞬間開始「結冰」，幾秒鐘就變成通體雪白的「冰球」。王亞平說，這枚「冰球」摸上去是溫熱的。

解讀與延伸

「太空『冰雪』實驗實際上是過飽和乙酸鈉溶液形核、結晶的過程，過程當中會釋放熱量。」中國科學院空間應用工程與技術中心研究員張璐介紹，過飽和溶液結晶通常需要外界「擾動」，而這個實驗的「玄機」就在於小棍上沾有晶體粉末，為過飽和乙酸鈉溶液提供了凝結核，進而析出三水合乙酸鈉晶體。

在地面上進行結晶實驗時，晶體的樣子可能因容器形狀不同有很大差異。而在微重力環境中，晶體並不受容器的限制，可以懸浮在半空「自由生長」，這與中國空間站裡的無容器材料實驗櫃相呼應。

葉光富將水分別擠在兩塊液橋板上，液橋板合攏，兩個水球「碗底」挨「碗底」；液橋板分開，一座中間細、兩頭粗的「橋」將兩塊板相連；王亞平再將液橋板拉遠，液橋變得更細、更長，仍然沒有斷開。

解讀與延伸

張璐介紹，微重力環境與液體表面張力是液橋得以成形的主要原因。日常生活中的液橋不易被察覺，比如洗手時兩個指尖偶然形成幾毫米液柱，再拉遠一點就會受重力作用坍塌。而在空間站裡，航天員輕鬆演示出比地面大數百倍的液橋，這在地面上是不可能看到的景象。

中國科學院力學研究所研究員康琦介紹，空間站可以最大限度擺脫地面重力影響，為包括液橋實驗在內的流體力學研究創造了良好的條件。

王亞平用力搖晃一個裝有水和油的瓶子，讓水油充分混合，瓶中一片黃色。時間一分一秒過去，瓶中沒有發生任何變化，油滴仍然均勻分布在水中。葉光富前來助力，抓著系在瓶上的細繩甩動瓶子。數圈後，水油明顯分離，油在上層，水在下層。

解讀與延伸

「我們都知道地面上油比水輕，平時喝湯的時候看到油花都習以為常。」中國科學院物理研究所研究員梁文杰說，然而在空間站中，情況卻大不一樣，水和油之所以「難捨難分」、長時間保持混合態，是由於在微重力環境下密度分層消失了，也就是浮力消失了。

科研人員可以藉助微重力環境特性開展研究，例如利用密度分層消失，在微重力環境下向熔融合金中注入氣體，可以得到航空航天、能源和環保領域的重要材料——泡沫金屬。

翻跟頭的「冰墩墩」

現象與回顧

北京冬奧會吉祥物「冰墩墩」壓軸登場，迎來太空之旅的「高光時刻」。王亞平水平向前拋出「冰墩墩」擺件，「墩墩」姿態格外輕盈，接連幾個「空翻」畫出了一條漂亮的直線，穩穩站在了葉光富手中。

解讀與延伸

太空拋物實驗展示了牛頓第一定律所描述的現象。在空間站中，「冰墩墩」擺件被拋出後幾乎不受外力影響，保持近似勻速直線運動。

我們為什麼要開展在軌科學實驗？張璐介紹，目前正在進行的實驗項目，一是要揭示微重力環境下的特殊現象，屬於從科學角度認識世界；二是通過在軌實驗助力地面科學研究，改進工藝水平；三是艙外有高真空環境、輻照、亞磁場等，這些特殊環境因素對生物體、材料、元器件等影響也是我們要研究的內容；四是進一步探索未知領域，包括暗物質探測、行星起源探索等。

（據新華社電）

名師點撥

廣鐵一中外國語學校物理老師王巨

可嘗試製作「過冷水」

水被倒出時瞬間結冰

在太空「冰雪」實驗中，王亞平老師從袋子裡面擠出的過飽和乙酸鈉溶液在太空中失重的環境下呈現出一個晶瑩剔透的液珠。當王亞平老師用沾有結晶核的毛杆觸碰液珠時候，我們可以觀察到液珠凝固結成冰晶，這是初中物理物態變化中的凝固現象。在實驗過程中，王亞平老師摸了一下「冰球」，「冰球」居然是熱的，「冰球」為什麼變成了「熱球」呢？原來，在凝固過程中，是需要放出熱量的，這是初中物理中一個重要的知識點。在我們的生活中，這個小實驗我們也可以動手做，你將會看到液體凝固成固體的奇妙瞬間。我們選取乾淨的瓶子裝上蒸餾水，便利店買的蒸餾水也可以直接使用，將水放在冰箱冷凍室冰3~4個小時，其間不要晃動水，我們會得到沒結冰的「過冷水」，然後把水瓶緩慢取出，將水慢慢倒出就會看到水瞬間結冰的現象，特別好看且奇妙。如果失敗了也不要灰心，水解凍後是可以重複試驗的，多嘗試幾次或一次冰凍多瓶，就能得到沒結冰的「過冷水」，然後看到奇妙有趣的凝固現象。

黃埔區會元學校物理老師盧剛強

太空環境下浮力「消失」

油和水可「混在一起」

在上一次天宮課堂，同學們觀看了神奇的「浮力消失」實驗。這次，天宮空間站的太空人王亞平老師帶同學們進一步了解太空中的「浮力」。

在地球上，油和水混合在一起靜置一段時間後，油會浮在水的上面，水和油會出現明顯的分層現象。這主要是因為油不溶於水，並且油的密度比水的密度小。由於浮力的原因，水和油出現分層，油自然而然地浮在水的上方。

但在太空的微重力環境下，浮力「消失了」。因此油和水就混在一起，無法分離。那麼怎麼樣才能重新讓水和油分離呢？航天員葉光富老師用一根繩子連接水油容器，用力地甩動，使水油溶液做圓周運動，水和油又再次分離。

這利用到的是離心分離的方法，即藉助離心力，使密度不同的兩種液體分離。我們在物理課上學過，由於物體具有慣性，會保持原來運動狀態。物體在做非直線運動的時候，物體本身具有質量，造成的慣性會使得物體朝著原來運動軌跡的切線方向運動，而油和水的慣性不一樣，最終導致彼此分離。

來源： 廣州日報