太空課堂鈴聲響起 天宮實驗有這些知識點

“天宮課堂”第一課每項實驗背后蘊含什么知識點?昨日，華中科技大學物理學院教授周月明、物理學院引力中心副教授劉力，湖北省物理特級教師黎鵬，武漢市第十一中學生物高級教師吳風勝就此進行了解讀。

專家們表示，此次天宮實驗有利于培養青少年的科學興趣，也是我國科技實力的展現，能培養青少年的民族自豪感，激勵青少年刻苦求學獻身科學事業。

細胞培養

知識點：太空細胞學

實驗現象：葉光富老師展示了失重條件下細胞的生長發育研究。將細胞放在培養裝置里培養，培養裝置能維持適當的溫度和氣體濃度。當細胞培養到一定階段后，將其拿出來進行觀察。將細胞放在顯微鏡下，用醫學樣本顯微觀察記錄裝置記錄細胞的生長情況。將細胞置于有重力或完全失重的情況下，生長形態會有所差異，通過對比兩種環境下細胞的形態等差異，來研究細胞的變化規律和機制等。

原理解讀：心肌細胞在熒光顯微鏡下會閃閃發光，漂亮而神奇。吳風勝告訴極目新聞記者，因為活的心肌細胞在生命活動過程中會產生生物電，生物電會激發熒光顯微鏡中的熒光物質，通過顯示屏就可觀察到熒光現象。心肌細胞具有自動節律收縮的特性，所以顯微鏡下可以觀察到它們有節律地跳動。

心肌等細胞在微重力環境下，功能和基因表征都會出現變化，但回地面后基本又會退回地面狀態，也有一些會發生改變。研究心肌細胞在太空中的生理變化，可以幫助人們涉足更遠的太空旅行。

太空轉身

知識點：角動量守恒

實驗現象：三位航天員展示了太空漫步及轉身。這個原本在地面上輕易能做的普通動作，在太空中卻隱藏著很高的物理知識。太空中人體上半身左轉時，下半身右轉;手臂左轉時，身體其他部分將右轉。

原理解讀：黎鵬分析，在地面上，由于地球引力的作用，人與地面之間有壓力和摩擦力，所以轉身很容易;在太空完全失重的環境中，人和地面的壓力、摩擦力消失，要實現轉身就不太容易了，必須找到一個著力點，在力的作用下才能轉身。如果沒有著力點，人體還可以利用角動量守恒實現太空轉身。

浮力消失實驗

知識點：重力和浮力相輔相成

實驗現象：在地球上，乒乓球會浮在水面。而王亞平在太空中將乒乓球送入水中，球卻靜止在水中。

原理解讀：周月明介紹，重力和浮力是相輔相成。物體受到的浮力大小等于排開液體的重力，太空中重力消失了，浮力自然也沒有。太空中的物體沒有重力，因此物體沒有浮力，所以只能靜止在水中。不光是乒乓球，如果在太空中將一個鐵球放在水面，它也不會沉下去。

水膜張力實驗

知識點：液體表面張力

實驗現象：王亞平將一個金屬圈插入飲用水袋并抽出后，形成了一個透明的水膜。然后她往水膜表面貼上一片小紙花，紙花在水膜上緩緩綻放，水膜依然完好。接下來，王亞平不斷往水膜里注水，水膜很快成為一個晶瑩剔透的大水球。

原理解讀：劉力解釋，由于液體與空氣接觸形成表面層，液體表面相鄰液面之間的相互作用表現為張力。不管是地球上還是太空中，液滴產生表面張力的原理以及表面張力大小都是一樣的。地球上水的表面張力受到重力的干擾，一旦膜大了，水的重力會把這張膜“撕破”，所以不能在地面上形成穩定的大水膜。而在太空中，水珠沒有了重力的干擾，在表面張力的作用下，就能形成一塊完整的膜。由于表面能與表面積成正比，為保持穩定，液體趨于球體，這就是水膜不斷注水并能漸漸形成水球的原因。

水球光學實驗

知識點：透鏡成像原理

實驗現象：當上一個實驗中的水膜經過注水變成大水球后，上面映出王亞平倒立的人像。當她往水球中注入空氣，水球上呈現出一大一小、一正一反的雙重人像。注入空氣部分映出的臉是正的，而空氣周圍充滿水的部分，臉仍然是倒立的。

原理解讀：周月明介紹，由于水中光的折射率小于空氣中光的折射率，所以水球可以看作一個凸透鏡，能匯聚光線。王亞平站在遠處，大家眼里看到的是她倒立縮小的像。往水球中注入空氣，空氣球部分相當于一個凹透鏡，會發散光線，所以大家看到的是她正立縮小的像。

泡騰片實驗

知識點：微重力環境

實驗現象：王亞平往藍色水球里塞入半片泡騰片，做了一個藍色的太空歡樂球。水球中產生了很多小氣泡，但氣泡沒有離開水球，而是一直附著在容器內部。

原理解讀：劉力解釋，泡騰片中含有碳酸鹽與酸類成分，在水中反應生成不穩定的碳酸，碳酸分解產生二氧化碳氣體，無法繼續溶于水的氣體以氣泡的形式存在。

在地面上，水的自重而產生的壓強在氣泡周圍不均勻，總體上，下側壓強比上側壓強大，凈力為向上的浮力，浮力大于氣體自重，氣泡上浮;而在微重力的空間站中，壓強差不再明顯，浮力無法體現。此時水的表面張力起到了決定性作用，氣泡被表面張力約束，就不會逸出到水球外。(記者李碗容 狄鑫 實習生 黃蓓 黃舒慧 通訊員 賈法雷 蘇敏 高翔)