觀天宮課堂，賞其美，悟其理——天宮課堂中的物理知識

  浩瀚宇宙，蒼茫太空，自古以來就令人類神往。2021年12月9日15時40分，天宮課堂第一課開始，神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站進(jìn)行太空授課。2022年3月23日15時44分，天宮課堂第二課在中國空間站開講，“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富又上了一堂精彩的太空科普課。在約45分鐘的授課時間，翟志剛、王亞平、葉光富相互配合，展示了一個與地球重力不同的太空世界，生動演示微重力環(huán)境下太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)、液橋?qū)嶒?yàn)、水油分離實(shí)驗(yàn)、太空拋物實(shí)驗(yàn)，深入淺出地講解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象蘊(yùn)含的科學(xué)原理，展現(xiàn)物理科學(xué)知識魅力。

一、太空“冰雪實(shí)驗(yàn)”

1、現(xiàn)象回顧：透明的液球飄在半空中，王亞平用一根小棍點(diǎn)在液球上，球體瞬間開始“結(jié)冰”，幾秒鐘就變成通體雪白的“冰球”，而這枚“冰球”摸上去卻是溫?zé)岬摹?/span>

2、現(xiàn)象解讀：實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是過飽和乙酸鈉（也叫醋酸鈉）溶液形成核結(jié)晶的過程。過程中會放出熱量，在失重條件下，醋酸鈉溶液可脫離容器成為穩(wěn)定的液體球。小棍上沾有晶體粉末，為過飽和乙酸鈉溶液提供了凝結(jié)核，進(jìn)而析出冰合乙酸鈉晶體。結(jié)晶是一個由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的凝固放熱過程，所以冰球摸上去熱乎乎的。

二、液橋演示實(shí)驗(yàn)

1、現(xiàn)象回顧：葉光富將水分別擠在兩塊液橋板上，水球狀似倒扣著的碗，液橋板合攏，兩個水球“碗底”挨“碗底”；液橋板分開，一座中間細(xì)、兩頭粗的“橋”將兩塊板相連；王亞平再將液橋板拉遠(yuǎn)，液橋變得更細(xì)、更長，可仍然沒有斷開。

2、現(xiàn)象解讀：微重力環(huán)境與液體表面張力作用是液橋形成的主要原因。在地面重力作用下時，由于表面張力很弱，所以在地面重力環(huán)境下形成的液橋尺寸很?。ㄍǔＶ挥袔缀撩祝^這個尺寸，液橋?qū)o法平衡其重力而垮塌。而在太空中，由于失重的原因，在液體表面張力作用下，可以形成直徑較大的液橋。

三、水和油分離實(shí)驗(yàn)

1、現(xiàn)象回顧：王亞平用力搖晃一個裝有水和油的瓶子，讓水和油充分混合，瓶中一片黃色,水和油均勻地混在了一起。時間一分一秒過去，瓶中卻沒有發(fā)生任何變化，油滴仍然均勻分布在水中。后來葉光富又甩動瓶子，使瓶子在繩的作用下做圓周運(yùn)動，水和油卻明顯分離，油在上層，水在下層。

2、現(xiàn)象解讀：在空間站里，水和油之所以“難舍難分”，長時間保持混合態(tài)，是由于在微重力環(huán)境下密度分層消失了，浮力消失了。在地面上，水和油是分層的，總是水在下層，油在上層。但在空間站中，由于幾乎沒有重力影響，密度大的不再下沉，密度小的也不再上浮，水和油混在一起，看不出二者的界限。但通過旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)水和油分層。分離是由于水的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力較大，由于離心作用使水和油分層了。

四、太空拋物實(shí)驗(yàn)

1、現(xiàn)象回顧：王亞平向前拋出“冰墩墩”擺件，一向憨態(tài)可掬的“冰墩墩”姿態(tài)格外輕盈，只見它接連幾個“空翻”沿著拋出去的方向，做了近似的勻速運(yùn)動，劃出了一條漂亮的直線，穩(wěn)穩(wěn)站在葉光富的手中。

2、現(xiàn)象解讀：太空拋物實(shí)驗(yàn)展示了牛頓第一定律所描述的現(xiàn)象。在太空，由于空間站艙內(nèi)，物體幾乎不受重力作用，不論往哪個方向拋，幾乎都可看作是勻速直線運(yùn)動，因?yàn)槲矬w只受到微弱的空氣阻力作用，速度方向和大小變化都很微小。

天宮課堂的天地互動對話，航天員在太空也能與家人視頻聊天，這些都是利用電磁波傳遞信息，其傳播速度為3×10⁸m/s。天宮課堂帶領(lǐng)我們領(lǐng)略了神奇的科學(xué)之美。在太空做實(shí)驗(yàn)完成新的探索，這些奇妙而精彩的科學(xué)現(xiàn)象，展示了一個與地球重力世界不同的太空，讓我們感受到科學(xué)的神奇和魅力。壯麗而神秘的星空召喚和激勵青少年們，在地球上腳踏實(shí)地生活，也要仰望星空，熱愛科學(xué)，熱愛探索，一起向未來，繼續(xù)書寫中國和人類航天事業(yè)的新輝煌！