“天宫课堂”看懂没？物理老师给你“开小灶”
上周“天宫课堂”开讲，
三位宇航员做了
许多生动有趣的实验。
大家对那些知识点还有印象么？
一零一中物理组的“大牛”老师们，
将带领同学们用物理学的视角，
再次温习“天宫课堂”，
揭开实验中神奇现象的面纱。
太空转身
浮力消失实验
水膜张力实验
水球光学实验
泡腾片实验
由翟志刚、王亚平、叶光富三位“太空教师”带来的实验中，有哪些物理奥秘呢？
来听一零一中物理老师的深入解读！
太空转身
身处太空中，宇航员叶光富尝试转身的时候，上半身向左，下半身却向相反方向转，而后又尝试用游泳还有吹气的方式也无法成功转身，同学们知道是为什么吗？
实验解读
“天宫课堂”——太空转身
问题
太空中人体翻转，为什么上半身和下半身是相反的方向？
方羽老师：在地面上的人之所以能够轻松转身是因为脚和地面存在摩擦，而产生摩擦力的必要条件是要有压力，但是在太空中，处于微重力环境，导致脚和飞船地板间的压力为零，因此无法轻松转身。而根据角动量守恒，人体的一部分向某一方向转动时，身体的剩余部分必然要向相反的方向转动。
在地球上也可以近似模拟这一过程。
人要向后倾倒时，本能反应是双臂快速向后转，这样人体的躯干会获得相反方向的角动量，从而防止向后倾倒。
PHYSICS
方羽
老师
解读教师简介
海淀区班主任带头人，曾获得海淀区“四有”教师、“教育系统青年岗位能手”等荣誉。
浮力消失实验
在太空中，王亚平老师将乒乓球放在水里，乒乓球并没有像在陆地一样能够漂浮在水上，而是失去浮力沉入水中，同学们知道这其中的物理学原理么？
实验解读
“天宫课堂”——浮力消失实验
浮力消失地面实验
问题
在太空中，浮力为什么消失了？
陈佩莹老师：浸在流体中的物体，受到流体对其上下表面的压力差，这就是浮力产生的原因。为什么会存在这样的压力差呢？ 这是因为在重力环境中，静止的流体由于从上往下堆积，导致离液面越深的地方流体的压强会越大。于是总体上处于流体内的物体下部分受到的流体压力会大于上部分，产生了竖直向上的浮力。空心的乒乓球密度小于水，在浮力作用下乒乓球最终会漂浮在水面上。
而太空舱处于完全失重的状态，在这种环境下，静止的流体几乎不会产生从上往下堆积的作用效果，也就是说流体内没有压强，放在其中的乒乓球不会受到压力的作用，因此不再有浮力。
PHYSICS
陈佩莹
老师
解读教师简介
中学一级教师，曾获海淀区“四有”教师标兵称号，北京市基础教育科学研究论文一等奖。
水膜张力实验
王亚平老师还做了一个水膜实验——将一朵折叠的小花放在水膜表面，小花在水膜上慢慢旋转着开花了。同学们知道这是什么原理么？
实验解读
“天宫课堂”——水膜张力实验
水膜张力地面实验
问题
太空中，小纸花在水膜中盛开的原理是什么？
郭金宁老师：在液体表面上，任意相邻的两部分液面之间，都存在相互作用的拉力，如果在液面上想象一条分界线，则分界线两侧液面间的相互作用力，其方向与液面相切并垂直于分界线，这个力叫作表面张力。
表面张力的作用是使液面收缩，而在体积相同的各种形状中，球形表面积最小，故表面张力要使液滴收缩成球形，但由于重力作用，液滴会呈椭球形，因液滴越小，重力的影响越小，故液滴越小，形状就越接近球形。在太空中的微重力环境下，表面张力大显神威，我们就看到了又大又圆的可爱水球了。同时，也是由于表面张力，所以纸花能够在水球的表面开花。实际上，在地球上，纸花也是可以绽放，但是由于地球上的水是平的，而太空上的水是球状的，所以太空上的纸花能够绽放得更充分一些！
表面张力是由于液体表面层内分子之间的相互作用不同于液体内部而产生的，分子间的的作用力可表现为引力或斥力，当分子间距离大于某一值时分子间的作用力表现为引力，越靠近液体表面，分子密度越小，分子间的距离越大。
这跟地球周围大气层内分子密度随高度而减小的道理是相同的。在液体表面层里，分子间的相互作用表现为引力，这正是表面张力的来源。
PHYSICS
郭金宁
老师
解读教师简介
海淀区骨干教师、高级教师，获海淀区“四有”教师荣誉称号、第十二届全国中学物理青年教师教学大赛一等奖。
水球光学实验
王亚平老师做了一个光学实验，在水球中注入另一个气泡，气泡和水球形成一正一反两个成像，这其中的奥秘有人知道么？
实验解读
“天宫课堂”——水球光学实验
水球光学地面实验
问题
水球中，人像的正反成像原理是什么？
相新蕾老师：在地面上由于地球重力的影响，我们看到荷叶上的水珠都不是球形，呈现上小下大的形状。
而在太空失重环境下，水球可以悬浮，并且几乎为球形，此时相当于一个凸透镜，汇聚光线，当王亚平老师远离水球时，光经过水球前后表面两次折射，在另一侧呈倒立缩小的像；当在水球中央注入空气，空气球相当于一个凹透镜，发散光线，凸凹透镜组合一起，让光经过四次折射，呈正立缩小的像，因此看到外面为倒立，内部为正立的双重人像。
PHYSICS
相新蕾
老师
解读教师简介
海淀区骨干教师。曾获得海淀区优秀“四有”教师、“优秀班主任”“教育系统青年教师岗位能手”等称号。
泡腾片实验
太空实验中，王亚平老师将泡腾片放入准备好的水球中，泡腾片不断在水球中泡腾，不断产生气泡。失重环境下，气泡不断产生，但无法离开水球，大家知道这是为什么吗？
实验解读
“天宫课堂”——泡腾片实验
问题
在太空上，当泡腾片进入水球，气泡为什么没有上浮，而是让水球变得膨胀了？
孙越老师： 泡腾片遇水会发生强烈的反应，生成很多气泡，为什么泡腾片能快速溶解，并放出气泡呢？
泡腾片是用有机酸和碱式碳酸盐反应做成泡腾崩解剂，泡腾片本身不含水分，泡腾崩解剂中的两种物质未电离不能发生反应；但当泡腾片放入水中之后，两种物质解离后开始发生酸碱反应，由于反应迅速，泡腾片就会迅速溶解，并放出二氧化碳气体，气泡在水中受到浮力作用，会从杯底向上冒出水面，就像是沸腾一样，泡腾片也就因此得名。
可在中国空间站的失重环境中看到的情境与地球上的现象截然不同。因为在失重环境中“浮力”消失了，泡腾片进入水中产生的气泡不再“上浮”，而是在水球中相互挤压，水球变成了一个充满小气泡的起泡球，这个水球也会被气泡撑得更大，就能看到水球一点点膨胀的效果，蓝色可以让实验现象更加明显。
PHYSICS
孙越
老师
解读教师简介
物理教师，STEM课题负责人。2017年申请国家专利一项，多次承担市区级研究课、指导学生参加全国科技创新比赛获得一等奖。
如果同学们对其他太空知识感兴趣，或者针对此次实验还有其他问题，可以在下方留言。我们会收集好同学们的问题，等王亚平老师成功返回地球后，集中汇总给她，说不定她会做客一零一，来为大家现场答疑哟！
动图、视频来源：澎湃新闻（ID：thepapernews）、央视一套（ID：CCTV- channel1）
END
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撰稿：孙越 相新蕾 方羽
郭金宁 陈佩莹
审核：史 艺
编辑：冬 雪
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