“天宫课堂”第二课在轨演示4个实验

　　3月23日下午，“天宫课堂”第二课在中国空间站正式开讲。在约45分钟的授课中，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富相互配合进行授课，在轨演示了太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验，深入浅出讲解实验现象背后的科学原理，同时展示了部分空间科学设施，介绍了在空间站的工作生活情况。授课期间，航天员通过视频通话形式与地面课堂师生进行了互动交流。此次太空授课，在中国科技馆设地面主课堂，在西藏拉萨、新疆乌鲁木齐设2个地面分课堂。

　　●太空“冰雪”实验　温热的“冰球”

　　取出装有过饱和醋酸钠溶液的水袋，再进行轻轻挤压，一颗有水泡的液体球慢慢从管口“跑”了出来，并悬停在空间站舱内。随即用沾有粉末的小棒触碰液体球后，带水泡的液体球开始“结冰”。在太空“冰雪”实验中，王亚平为大家演示了这一神奇的物理现象。

　　中国科技馆科普讲师团副团长，太空授课科普专家组成员陈征告诉记者，用白醋和小苏打就能够制备出这种叫醋酸钠的材料，这种物质的特点是，它在温度较高水中的溶解度非常大，很容易形成过饱和溶液。“但结晶还需要一个条件，需要一个凝结核，类似一个小的扰动或者一个小的缺陷，来打破它的稳定状，这个时候结晶才能开始。”

　　沾有粉末的小棒就充当了凝结核的角色，而小晶体也开始迅速凝结，并且带着水分子一起结晶，形成水合醋酸钠的晶体，同时还会释放出大量热量。“实际上，你要是加热，它还可以重新变回液体。”陈征说，这也是个无容器的实验，结晶过程不会受到容器边界的干扰。

　　●水油分离实验　“分不开”的水和油

　　在水油分离实验这个项目上，王亚平手中拿了一个装有两种液体的瓶子，沉在底下的是透明的饮用水，而浮在上面的是一种黄色的食用油。一般情况下，因为水的密度大于食用油，所以在地面当两种液体混合之后，油会浮在水上面，形成稳定的分层现象。即使经过摇晃，但静置片刻后，水和油两种液体还是会进行分层。

　　但在太空中却不同。经过摇晃后，王亚平手中小瓶里的水油混在了一起，水和油并没有自然分层。陈征解释，因为在太空中是没有重力和浮力的，所以当你摇晃瓶子后，油就变成了小油滴，均匀分散在水里边，而且分散之后，就不会分开了。所以在太空中，需要人造一个重力把它甩起来，这个其实就是离心机的工作原理。

　　陈征说，在太空中，水油不分离的现象也会带来优势，比如制造合金。“在地面上，当我们把不同的金属熔化后进行混合，各种金属的密度不一样，就会出现重的往下跑，轻的往上跑这种现象。但在太空微重力环境里，合金就能混合得更均匀。”

　　●液桥演示实验　“拉不断”的液桥

　　液桥是连接着两个固体表面之间的一段液体。在液桥演示实验中，王亚平手持两片透明的塑料板，叶光富向塑料板表面分别挤上水，两片塑料板逐渐接近，水便在板间连起了一座“桥”。神奇的是，随后王亚平双手将塑料板轻轻拉扯，“桥”依旧也没断开。

　　“液桥是研究流体的一个基本实验，因为在太空中没有重力，所以你拿两个固体，再在上面放上液体，液体本身会附着在固体表面，然后你把两个液体靠近，两个液体便连通起来，在表面张力的作用下，液体两端附着在固体上，然后中间就会拉成一个液体的柱，这就是液桥现象。”陈征说。

　　在太空中，液桥演示的实验是可以拿来研究一些液体微流动的性质。但由于液体表面张力很弱，在正常的重力环境下，实现液桥现象不太容易。因为地面上有重力，重力就会把液体拉得向下坠。陈征告诉记者，要想在地面上实现这种现象，就需要有一些辅助的手段，比如说通过加高电压这样的方式。

　　●太空抛物实验　翻跟斗的“冰墩墩”

　　在此次太空授课中，顶流“冰墩墩”也亮相太空课堂。在太空抛物实验中，王亚平和叶光富依次将“冰墩墩”抛出，它并没有随着抛物线的轨迹，掉落下去，而是沿原有方向匀速前进。实际上，这是空间站微重力环境最直观的体现。

　　陈征称，在空间站微重力环境中，一个物体在几乎不受外力影响或者外力为零的情况下，它会保持匀速直线运动，但这个实验其背后的物理图像是非常有意思的。“我们在地面上看‘冰墩墩’也好，看我们的航天员也好，他们走直线了吗？其实没有，他们也是绕地球做圆周运动。空间站上的航天员处在一个围绕地球高速旋转的旋转参照系里，和地面上的惯性参照系是有区别的。前者它有一个向心加速度，只不过加速是指向地心的。”

　　陈征说，当你理解了为什么相同的物理规律在不同的地方却看到了不同的现象，你也就真正学好了物理。

　　■ 现场

　　为了让学生更真切地了解空间科学知识和实验原理，北京市多所中小学校在组织集体观看“天宫课堂”的同时，还利用提前帮助学生温习相关知识点、开设“地面实验”课堂等多种方式，激发学生追寻“科学梦”、实现“航天梦”的热情。新京报记者 刘洋 杨菲菲

　　人大附中经开学校

　　“水油分离”复习了浮力和压强知识

　　直播中王亚平手拿“冰墩墩”演示“太空抛物”实验。和在地球上抛物不一样，“冰墩墩”在被抛出后仍沿原有方向匀速前进。在人大附中经开学校初二学生们的眼中，这个实验背后的原理并不陌生：牛顿第一定律。

　　“我们在之前就从网上看到了这次‘天宫课堂’要做的实验，然后把涉及的知识点已经提前给学生们温习了一遍。”人大附中经开学校初二物理老师王涛告诉记者，相比于第一次收看“天宫课堂”，这一次老师和学生都做了充分准备，“其实很多实验都跟物理学科联系紧密，初二的学生也刚好学了牛顿第一定律这个知识点，所以对照着这几个实验，学生们可以更好地理解相关知识。”

　　该校初三物理老师孙鲁艳则带领学生在“水油分离”实验中再次复习了浮力和压强的相关知识，“微重力的情况下浮力是不存在的。在地球这种有重力的环境下，水油可以自然分离。但是在微重力的情况下，只有借助离心力才能分离。这跟高中物理知识也有衔接。”

　　对于不少初中生而言，此前已有的物理知识储备和生活常识储备都让他们对这次“天宫课堂”中的几个实验感同身受，也更加好奇。

　　“互动的时候，西藏的一个学生提问在空间站能不能把水烧开。当时学生们都说‘我们也想问这个问题’。”王涛表示课堂气氛很是热烈。孙鲁艳也表示，学生们对这些实验十分感兴趣，一直热烈讨论，“尤其是看到太空离心机、无容器实验柜这些实验仪器，他们也很好奇、很自豪，这些物理课本上学习到的知识真的运用在了社会中。”

　　除了提前温习相关的知识点，老师们还格外注重引导学生独立思考。

　　“我们也会引导学生去想，还有哪些实验可以放到空间站这个环境去做？给他们也种下一颗科学的种子，让他们通过实验之美感受物理学科之美。”王涛说道。

　　北京市广渠门中学

　　看完“天宫实验”体验“地面实验”

　　用北京市广渠门中学科技中心主任陈浣的话来说，在“天宫课堂”第二课期间，她听到了太多的尖叫声。记者了解到，针对此次“天宫课堂”，该校还特别设计一门“天地课程”，即在学生们观看天宫实验之后，化学老师亲自带领大家现场实验一遍，让学生们对比同一实验在太空和在地球不同之处，激发学生们对科学实验的兴趣。

　　“第一期的天宫课堂我们主要是观看，这次我们就想到，能否和太空同步进行，这也是学生们最感兴趣的。”陈浣介绍，此次天宫课堂直播和学校课后服务时间吻合，该校初一、初二32个班1400多名学生均观看了直播。为符合初中学生的特点，从学生理解的角度授课，化学老师特别选出天宫课堂中太空“冰雪”实验上的现象，在直播后，带着初二一个班的学生们走进实验室，来做现场实验。

　　直播中，一个结晶的“冰球”飘浮于太空之中，晶莹剔透。在地球上，化学物质会结晶成什么样呢？陈浣介绍，地面实验中，是化学教师王乙将玻璃棒深入到从70℃冷却至室温的过饱和乙酸钠溶液中，同学们发现，与太空中失重状态不同，地面上的结晶体受到重力的作用一直延展，最后形成了一个“小冰柱”，结晶体在烧杯里，也没有因为张力成为“冰球”，而是随着烧杯壁的形状延展开来。

　　“现场学生一直在尖叫，反馈特别好。”陈浣说，“天宫课堂”直播中，航天员提到，这个“冰球”是热的。孩子们还特意摸了摸烧杯壁，果然热乎乎的。老师就借机告诉大家，这个实验为什么会发热。

　　北京第一师范学校附属小学

　　“天宫课堂”激发学生树立航天梦想

　　此次“天宫课堂”的开始时间刚好和北京市中小学的课后服务时间吻合，在学校的孩子们有机会一起在课堂上观看这场直播。北京第一师范学校附属小学大队辅导员杨晓明介绍，该校50个班级、1900名学生与教职工共同收看了这堂课程，虽然班级纪律很好，但她在巡班的过程中，还是感受到了“沸腾”。

　　“我们早晨提前通过广播通知学生们收看，孩子们都很期待，有一部分孩子对科技和太空感兴趣，能看出他们是带着思考在看。”杨晓明说，相对于第一次“天宫课堂”，学校此次做了充分的准备，之前用电视收看时，有些后排的孩子们看得有些吃力。因此，这次信息组的老师提前把收看网址发给大家做了调试，所有人都是用黑板上的多媒体大屏幕观看了直播。直播后，老师还鼓励大家回家利用油和水，也做做实验，对比下和太空里的区别。

　　该校四年级四班的关宥思介绍，他最感兴趣的项目是“液桥实验”。“王亚平老师把两个放着水球的玻璃板缓缓靠近，变成一个足足有几厘米的水柱的时候，特别激动。”关宥思觉得通过这次“天宫课堂”，他不仅对宇宙有了更深的理解和认识，还有了对宇宙的好奇，甚至产生了航天梦想，“我得努力学习了。”

　　五年级四班的王秋涵也对这个实验印象深刻，“我们在地球上用手指沾水，只能形成很短的水柱，在太空的水柱长多了，实在太神奇了。”王秋涵觉得，她以后要更留意身边的一些细节，也许再平常不过的事情在太空中也会不一样。

　　新京报记者 张建林