“天宮課堂”第二課在軌演示4個實驗

原標題：“天宮課堂”第二課在軌演示4個實驗

神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富相互配合授課，通過視頻通話與地面課堂師生互動

人大附中經開學校的學生正在觀看“天宮課堂”第二課。學校供圖

廣渠門中學借“天宮課堂”之機開展“天地課程”。學校供圖

廣渠門中學學生體驗地球上的“冰球實驗”。學校供圖

北京第一師范學校附屬小學的學生們在課后服務時間觀看“天宮課堂”。學校供圖

3月23日下午，“天宮課堂”第二課在中國空間站正式開講。在約45分鐘的授課中，神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富相互配合進行授課，在軌演示了太空“冰雪”實驗、液橋演示實驗、水油分離實驗、太空拋物實驗，深入淺出講解實驗現象背后的科學原理，同時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。此次太空授課，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。

●太空“冰雪”實驗　溫熱的“冰球”

取出裝有過飽和醋酸鈉溶液的水袋，再進行輕輕擠壓，一顆有水泡的液體球慢慢從管口“跑”了出來，并懸停在空間站艙內。隨即用沾有粉末的小棒觸碰液體球后，帶水泡的液體球開始“結冰”。在太空“冰雪”實驗中，王亞平為大家演示了這一神奇的物理現象。

中國科技館科普講師團副團長，太空授課科普專家組成員陳征告訴記者，用白醋和小蘇打就能夠制備出這種叫醋酸鈉的材料，這種物質的特點是，它在溫度較高水中的溶解度非常大，很容易形成過飽和溶液。“但結晶還需要一個條件，需要一個凝結核，類似一個小的擾動或者一個小的缺陷，來打破它的穩定狀，這個時候結晶才能開始。”

沾有粉末的小棒就充當了凝結核的角色，而小晶體也開始迅速凝結，并且帶著水分子一起結晶，形成水合醋酸鈉的晶體，同時還會釋放出大量熱量。“實際上，你要是加熱，它還可以重新變回液體。”陳征說，這也是個無容器的實驗，結晶過程不會受到容器邊界的干擾。

●水油分離實驗　“分不開”的水和油

在水油分離實驗這個項目上，王亞平手中拿了一個裝有兩種液體的瓶子，沉在底下的是透明的飲用水，而浮在上面的是一種黃色的食用油。一般情況下，因為水的密度大于食用油，所以在地面當兩種液體混合之后，油會浮在水上面，形成穩定的分層現象。即使經過搖晃，但靜置片刻后，水和油兩種液體還是會進行分層。

但在太空中卻不同。經過搖晃后，王亞平手中小瓶里的水油混在了一起，水和油并沒有自然分層。陳征解釋，因為在太空中是沒有重力和浮力的，所以當你搖晃瓶子后，油就變成了小油滴，均勻分散在水里邊，而且分散之后，就不會分開了。所以在太空中，需要人造一個重力把它甩起來，這個其實就是離心機的工作原理。

陳征說，在太空中，水油不分離的現象也會帶來優勢，比如制造合金。“在地面上，當我們把不同的金屬熔化后進行混合，各種金屬的密度不一樣，就會出現重的往下跑，輕的往上跑這種現象。但在太空微重力環境里，合金就能混合得更均勻。”

●液橋演示實驗　“拉不斷”的液橋

液橋是連接著兩個固體表面之間的一段液體。在液橋演示實驗中，王亞平手持兩片透明的塑料板，葉光富向塑料板表面分別擠上水，兩片塑料板逐漸接近，水便在板間連起了一座“橋”。神奇的是，隨后王亞平雙手將塑料板輕輕拉扯，“橋”依舊也沒斷開。

“液橋是研究流體的一個基本實驗，因為在太空中沒有重力，所以你拿兩個固體，再在上面放上液體，液體本身會附著在固體表面，然后你把兩個液體靠近，兩個液體便連通起來，在表面張力的作用下，液體兩端附著在固體上，然后中間就會拉成一個液體的柱，這就是液橋現象。”陳征說。

在太空中，液橋演示的實驗是可以拿來研究一些液體微流動的性質。但由于液體表面張力很弱，在正常的重力環境下，實現液橋現象不太容易。因為地面上有重力，重力就會把液體拉得向下墜。陳征告訴記者，要想在地面上實現這種現象，就需要有一些輔助的手段，比如說通過加高電壓這樣的方式。

●太空拋物實驗　翻跟斗的“冰墩墩”

在此次太空授課中，頂流“冰墩墩”也亮相太空課堂。在太空拋物實驗中，王亞平和葉光富依次將“冰墩墩”拋出，它并沒有隨著拋物線的軌跡，掉落下去，而是沿原有方向勻速前進。實際上，這是空間站微重力環境最直觀的體現。

陳征稱，在空間站微重力環境中，一個物體在幾乎不受外力影響或者外力為零的情況下，它會保持勻速直線運動，但這個實驗其背后的物理圖像是非常有意思的。“我們在地面上看‘冰墩墩’也好，看我們的航天員也好，他們走直線了嗎？其實沒有，他們也是繞地球做圓周運動。空間站上的航天員處在一個圍繞地球高速旋轉的旋轉參照系里，和地面上的慣性參照系是有區別的。前者它有一個向心加速度，只不過加速是指向地心的。”

陳征說，當你理解了為什么相同的物理規律在不同的地方卻看到了不同的現象，你也就真正學好了物理。

■?現場

為了讓學生更真切地了解空間科學知識和實驗原理，北京市多所中小學校在組織集體觀看“天宮課堂”的同時，還利用提前幫助學生溫習相關知識點、開設“地面實驗”課堂等多種方式，激發學生追尋“科學夢”、實現“航天夢”的熱情。

人大附中經開學校

“水油分離”復習了浮力和壓強知識

直播中王亞平手拿“冰墩墩”演示“太空拋物”實驗。和在地球上拋物不一樣，“冰墩墩”在被拋出后仍沿原有方向勻速前進。在人大附中經開學校初二學生們的眼中，這個實驗背后的原理并不陌生：牛頓第一定律。

“我們在之前就從網上看到了這次‘天宮課堂’要做的實驗，然后把涉及的知識點已經提前給學生們溫習了一遍。”人大附中經開學校初二物理老師王濤告訴記者，相比于第一次收看“天宮課堂”，這一次老師和學生都做了充分準備，“其實很多實驗都跟物理學科聯系緊密，初二的學生也剛好學了牛頓第一定律這個知識點，所以對照著這幾個實驗，學生們可以更好地理解相關知識。”

該校初三物理老師孫魯艷則帶領學生在“水油分離”實驗中再次復習了浮力和壓強的相關知識，“微重力的情況下浮力是不存在的。在地球這種有重力的環境下，水油可以自然分離。但是在微重力的情況下，只有借助離心力才能分離。這跟高中物理知識也有銜接。”

對于不少初中生而言，此前已有的物理知識儲備和生活常識儲備都讓他們對這次“天宮課堂”中的幾個實驗感同身受，也更加好奇。

“互動的時候，西藏的一個學生提問在空間站能不能把水燒開。當時學生們都說‘我們也想問這個問題’。”王濤表示課堂氣氛很是熱烈。孫魯艷也表示，學生們對這些實驗十分感興趣，一直熱烈討論，“尤其是看到太空離心機、無容器實驗柜這些實驗儀器，他們也很好奇、很自豪，這些物理課本上學習到的知識真的運用在了社會中。”

除了提前溫習相關的知識點，老師們還格外注重引導學生獨立思考。

“我們也會引導學生去想，還有哪些實驗可以放到空間站這個環境去做？給他們也種下一顆科學的種子，讓他們通過實驗之美感受物理學科之美。”王濤說道。

北京市廣渠門中學

看完“天宮實驗”體驗“地面實驗”

用北京市廣渠門中學科技中心主任陳浣的話來說，在“天宮課堂”第二課期間，她聽到了太多的尖叫聲。記者了解到，針對此次“天宮課堂”，該校還特別設計一門“天地課程”，即在學生們觀看天宮實驗之后，化學老師親自帶領大家現場實驗一遍，讓學生們對比同一實驗在太空和在地球不同之處，激發學生們對科學實驗的興趣。

“第一期的天宮課堂我們主要是觀看，這次我們就想到，能否和太空同步進行，這也是學生們最感興趣的。”陳浣介紹，此次天宮課堂直播和學校課后服務時間吻合，該校初一、初二32個班1400多名學生均觀看了直播。為符合初中學生的特點，從學生理解的角度授課，化學老師特別選出天宮課堂中太空“冰雪”實驗上的現象，在直播后，帶著初二一個班的學生們走進實驗室，來做現場實驗。

直播中，一個結晶的“冰球”飄浮于太空之中，晶瑩剔透。在地球上，化學物質會結晶成什么樣呢？陳浣介紹，地面實驗中，是化學教師王乙將玻璃棒深入到從70℃冷卻至室溫的過飽和乙酸鈉溶液中，同學們發現，與太空中失重狀態不同，地面上的結晶體受到重力的作用一直延展，最后形成了一個“小冰柱”，結晶體在燒杯里，也沒有因為張力成為“冰球”，而是隨著燒杯壁的形狀延展開來。

“現場學生一直在尖叫，反饋特別好。”陳浣說，“天宮課堂”直播中，航天員提到，這個“冰球”是熱的。孩子們還特意摸了摸燒杯壁，果然熱乎乎的。老師就借機告訴大家，這個實驗為什么會發熱。

北京第一師范學校附屬小學

“天宮課堂”激發學生樹立航天夢想

此次“天宮課堂”的開始時間剛好和北京市中小學的課后服務時間吻合，在學校的孩子們有機會一起在課堂上觀看這場直播。北京第一師范學校附屬小學大隊輔導員楊曉明介紹，該校50個班級、1900名學生與教職工共同收看了這堂課程，雖然班級紀律很好，但她在巡班的過程中，還是感受到了“沸騰”。

“我們早晨提前通過廣播通知學生們收看，孩子們都很期待，有一部分孩子對科技和太空感興趣，能看出他們是帶著思考在看。”楊曉明說，相對于第一次“天宮課堂”，學校此次做了充分的準備，之前用電視收看時，有些后排的孩子們看得有些吃力。因此，這次信息組的老師提前把收看網址發給大家做了調試，所有人都是用黑板上的多媒體大屏幕觀看了直播。直播后，老師還鼓勵大家回家利用油和水，也做做實驗，對比下和太空里的區別。

該校四年級四班的關宥思介紹，他最感興趣的項目是“液橋實驗”。“王亞平老師把兩個放著水球的玻璃板緩緩靠近，變成一個足足有幾厘米的水柱的時候，特別激動。”關宥思覺得通過這次“天宮課堂”，他不僅對宇宙有了更深的理解和認識，還有了對宇宙的好奇，甚至產生了航天夢想，“我得努力學習了。”

五年級四班的王秋涵也對這個實驗印象深刻，“我們在地球上用手指沾水，只能形成很短的水柱，在太空的水柱長多了，實在太神奇了。”王秋涵覺得，她以后要更留意身邊的一些細節，也許再平常不過的事情在太空中也會不一樣。

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