2021年12月9日15時40分，“天宮課堂”第一課正式開講，時隔8年之後，中國航天員再次進行太空授課。“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站為廣大青少年帶來了一場精彩的太空科普課，這是中國空間站首次太空授課活動。三位航天員展示了太空細胞、太空轉身、浮力消失、水膜張力、水球光學、水中泡騰片等6個太空科學實驗。在中國科技館設定地面主課堂，在

廣西南寧、四川汶川、香港、澳門

設定地面分課堂。

太空實驗，涉及高中物理教材中的力學、熱學和光學的相關知識和化學知識。太空轉身和浮力消失實驗是力學知識的應用；水膜張力實驗是熱學中液體表面張力知識的應用；水球光學實驗是光學中透鏡成像知識的應用；泡騰片實驗是物理力學知識和化學知識的應用。

水球光學實驗

實驗現象：

王亞平接著用飲水袋往水膜上注水，利用液體表面張力，水膜很快變成一個亮晶晶的大水球。葉光富立即向水球內注入空氣，水球內形成一個球形氣泡。神奇的事情發生了，水球產生了雙重成像，中間和外部一個是正像一個是倒像。

原理解讀：

在地面上，水珠受到地球引力作用，呈現上小下大形狀。在太空中，由於微重力環境，水珠在表面張力作用下呈現透明圓球，球形水珠相當於兩個組合在一起的凸透鏡，光線透過它發生兩次折射，從而形成一個倒立的人像；當在水球中注入一個氣泡時，光線透過它發生四次折射，從而在形成一正立的人像，其中倒立的像是光線在水球中兩次折射的結果，正立的像是光線射入氣泡四次折射的結果，這都是

光的折射原理引起的光學現象

。

泡騰片實驗

實驗現象：

泡騰片遇到水之後會產生很多氣泡，那麼在太空，泡騰片與水球相遇會發生什麼變化？王亞平將藍色顏料液體注入水球中，變成一個藍色水球，王亞平泡騰片插入藍色水球中，泡騰片產生的絕大部分氣泡包裹在水球裡，變成一個氣泡球，像一顆蔚藍的地球。而隨著氣泡不斷增多，水球逐漸變成了一個充滿“氣泡球”，並且產生了陣陣香氣。

原理解讀：

泡騰片裡通常有碳酸氫鈉和檸檬酸（或其他弱酸），在地面上把它扔進水杯裡時，酸和水發生反應產生二氧化碳氣泡，由於存在浮力，二氧化碳氣泡迅速上浮，然後在水面上消失；

到了空間站裡，氣泡不受浮力影響，均勻地向四周擴散，其中絕大多數氣泡留在水球中，極少數氣泡突破水球的表面擴散到空氣中。

知識點1、浮力

浸在流體內的物體受到流體豎直向上托起的作用力叫作浮力。

浮力指物體在流體（液體和氣體）中，各表面受流體壓力的差（合力）。

公元前245年，阿基米德發現了浮力原理。

浮力的方向：與重力方向相反，

豎直向上。

浮力產生的原因：浸在液體或氣體裡的物體受到液體或氣體對物體向上的和向下的壓力差。

知識點2、液體表面張力

凡作用於液體表面，使液體表面積縮小的力，稱為液體表面張力。

產生的原因

：液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，叫做表面層，

表面層裡的分子比液體內部稀疏，分子間的距離比液體內部大一些，分子間的相互作用表現為引力。

就像你要把彈簧拉開些，彈簧反而表現具有收縮的趨勢。正是因為這種張力的存在，有些小昆蟲才能無拘無束地在水面上行走自如。

知識點3：透鏡成像

透鏡分為凸透鏡和凹透鏡。凸透鏡成像規律就是：

物體放在焦點之外，在凸透鏡另一側成倒立的實像，實像有縮小、等大、放大三種。

物距越小，像距越大，實像越大。物體放在焦點之內，在凸透鏡同一側成正立放大的虛像。物距越大，像距越大，虛像越大。凹透鏡對光線起發散作用，它的成像規律則要複雜得多。

知識點4：泡騰片

泡騰片利用有機酸和鹼式碳酸（氫）鹽反應做泡騰崩解劑，置入水中，

即刻發生泡騰反應，生成並釋放大量的二氧化碳氣體，狀如沸騰，故名泡騰片。

泡騰片的處方由主藥、稀釋劑、粘合劑、崩解劑、潤滑劑和其他輔料組成，其中使用的稀釋劑、粘合劑、潤滑劑和其他輔料型別與普通片劑相同，只需根據製備工藝選擇合適品種。與普通片劑不同，泡騰片中使用的崩解劑為泡騰崩解劑，泡騰崩解劑包括酸源和鹼源，常用的酸源有檸檬酸、蘋果酸、硼酸、酒石酸、富馬酸、無機礦酸（鹽酸）等；常用的鹼源有碳酸氫鈉、碳酸鈉及其二者的混合物。酸鹼比例對泡騰片的製備及穩定性影響顯著，一般認為酸的用量超過理論用量，有利於泡騰片的穩定及改善口感。

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